非异氰酸酯法合成热塑性聚（酯-氨酯）和弹性体及性能研究

摘要

本文利用氨酯交换非异氰酸酯法合成了系列可降解热塑性聚（酯-氨酯）(TPEUs)。首先利用环保型催化剂制备不同的聚酯低聚物;然后用碳酸乙烯酯和己二胺制备二氨酯二醇(BHCH)及进一步自聚成不同长度的自聚物(PrePBHCHs);最后将聚酯低聚物和BHCH或PrePBHCHs通过熔融缩聚成TPEUs。通过改变低聚物或PrePBHCHs分子量、组分比例和原料种类等条件合成了一系列不同结构和性能的TPEUs。此方法旨在较低温度下利用绿色无毒反应物制备高分子量且结晶性较高的热塑性聚（酯-氨酯）。主要研究内容如下:
　　1、用对苯二甲酸二甲酯和过量丁二醇合成端羟基聚对苯二甲酸丁二醇酯低聚物(HO-PrePBT-OH);继续和己二酸、过量丁二醇合成一系列端羟基聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯低聚物(HO-PrePBATs-OH);最后按一定比例加入BHCH合成脂肪-芳香族混合聚（酯-氨酯）热塑性材料。产物经红外、核磁表征显示同时带有氨基甲酸酯键、酯键和苯环结构。其他测试结果表明:产物粘度可达0.66-0.90 dL·g-1;改变对苯二甲酸丁二醇酯(BT)结构的含量，可调节聚合物的结晶性和熔点，聚合物熔点在117.8℃～178.3℃之间;聚合物热稳定性良好，起始热分解温度均高于284.3℃且高于熔点100℃以上，具备良好的加工性能;反应前后产物结晶形态和PBT的结晶形态一致，但聚合使结晶度略有下降;在聚合物中，己二酸作为软段，其含量越高使得聚合物的拉伸强度越低，断裂伸长率越高，而含量较低但分子间作用力较高的BHCH引入链段之后，其含量越高使得聚合物拉伸强度略微提高，断裂伸长率却大幅度上升，选择适当的比例可以得到拉伸强度26.91Mpa，断裂伸长率为82.77％的较高强度的塑料，也可得到拉伸强度14.93Mpa，断裂伸长率为799.17％的热塑性材料。
　　2、用己二酸和过量丁二醇合成端羟基聚己二酸丁二醇酯低聚物(HO-PrePBA-OH)，经与不同分子量的BHCH自聚物(PrePBHCHs)进行氨酯交换反应得到一系列脂肪族嵌段聚（酯-氨酯）热塑性弹性体。产物的数均分子量在17275～23262之间而重均分子量在36047～51074之间;产物的最终结晶形态由PBA和PBHCH两段共同影响;聚合物熔点在91.80～113.23℃之间，随着聚氨酯链段比例的增加而呈现上升趋势;起始热分解温度在274.67～287.33℃之间，具有较好的热稳定性，均在熔点100℃以上，具有良好的热加工性能;因为聚合物体系中硬段和软段间会发生微相分离，这种结构使得产物具有回弹性能且100％形变量的回弹率最高达到77.50％，聚合物的拉伸强度在13.98MPa～18.81MPa之间，而断裂伸长率从246.27％到629.35％，力学性能随着聚酯和聚氨酯的链段比例、长度和链段间的作用力的不同而变化。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 可生物降解材料概述

1．1．1 可生物降解材料的降解机理

1．1．2 可生物降解聚合物分类

1．1．3 可降解脂肪族聚酯概述

1．1．4 可降解脂肪族聚酯合成

1，1．5 可降解脂肪族聚酯现状

1．1．6 可降解脂肪-芳香族聚酯概述

1．1．7 可降解脂肪-芳香族聚酯现状

1．2 常规聚氨酯(PU)概述

1．2．1 聚氨酯分子结构

1．2．2 异氰酸酯概述

1．2．3 可生物降解的聚氨酯材料

1．2．4 非异氰酸酯法制备聚氨酯材料(NIPU)概述

1．2．5 环碳酸酯法合成NIPU

1．2．6 氨酯交换法合成NIPU

1．2．7 混合杂化型非异氰酸酯聚氨酯(HNIPU)网络

1．2．8 生物基NIPU

1．2．9 化学改性和纳米结构的NIPU

1．2．10 NIPU的应用

1．2．11 NIPU材料的未来展望

1．3 聚酯-氨酯(PEUs)的概述

1．3．1 PEUs的降解概述

1．3．2 PEUs材料的应用

1．4 本课题的提出

第二章 芳香-脂肪族聚(酯-氨酯)(PBATUs)的合成及表征

2．1 实验方案

2．2 实验原料

2．3 实验方法

2．3．1 已二胺二氨酯二醇(BHCH)单体的合成

2．3．2 端羟基的聚对苯二甲酸丁二醇酯(HO-PrePBT-OH)低聚物的合成

2．3．3 端羟基的聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯(HO-PrePBATs-OH)低聚物的合成

2．3．4 聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯-氨酯(PBATUs)的合成

2．4 分析测试方法

2．4．1 低聚物的羟值以及酸值测定

2．4．2 熔点测定

2．4．3 特性粘度测定

2．4．4 傅里叶变换红外光谱分析

2．4．5 核磁共振氢谱分析

2．4．6 广角-X射线衍射分析

2．4．7 差视扫描量热测试分析

2．4．8 热重分析

2．4．9 拉伸力学性能分析

2．5 结果与讨论

2．5．1 己二胺二氨酯二醇(BHCH)单体的合成

2．5．2 不同投料比例HO-PrePBATs-OH的合成

2．5．3 不同投科比例脂肪-芳香族聚(酯-氨酯)PBATUs的合成

2．5．4 聚酯-氨酯PBATUs的红外和核磁测试分析

2．5．5 广角X-射线衍射测试分析

2．5．6 DSC测试分析

2．5．7 TGA测试分析

2．5．8 力学性毹测试分析

2．6 本章小结

第三章 脂肪族聚(酯-氨酯)热塑弹性体的合成及表征

3．1 实验方案

3．2 实验药品

3．3 实验方案

3．3．1 端羟基的聚己酸丁二醇酯(HO-PrePBA-OH)低聚物的合成

3．3．2 二氨酯二醇自聚物(PrePBHCHs)的合成

3．3．3 聚己二酸丁二醇酯-氨酯(PBAUs)的合成

3．4 分析测试方法

3．4．1 傅里叶变换红外光谱分析

3．4．2 核磁共振氢谱分析

3．4．3 凝胶渗透色谱分析

3．4．4 广角-X射线衍射分析

3．4．5 差示扫描量热测试分析

3．4．6 热重分析

3．4．7 拉伸力学性能分析

3．4．8 回弹性能分析

3．5 结果与讨论

3．5．1 HO-PrePBA-OH低聚物的合成

3．5．2 PrePBHCHs自聚物的合成

3．5．3 聚己二酸丁二醇酯-氨酯(PBAUs)的合成

3．5．4 PBAUs的红外和核磁测试分析

3．5．5 WAXS测试分析

3．5．6 DSC测试分析

3．5．7 TGA测试分析

3．5．8 力学性能测试分析

3．6 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介