基于熱可逆Diels-Alder反應的自修復線型聚氨酯的研究.pdf

1、高分子材料在加工和使用過程中容易受到機械、化學、熱、紫外輻射等、或這些外界因素的綜合破壞,使其內部產(chǎn)生微裂紋,在外部卻很難或無法檢測到,而這些微裂紋的擴展會降低材料的力學性能(如拉伸強度,壓縮性能等),縮短其使用壽命。作為一種新穎的智能結構功能材料,自修復聚合物材料能夠通過模擬生物體損傷愈合的機理來實現(xiàn)材料本身微裂紋的自修復,避免其受到進一步破壞,從而延長材料的使用壽命。自修復技術在一些重要工程領域中存在著巨大的發(fā)展前景和應用價值,成為

2、高分子智能化研究的熱點之一。目前,高分子材料自修復途徑有很多,其中高分子材料本體結構中植入熱可逆 Diels-Alder(DA)共價鍵是一種較為有效的方法。這種帶有熱可逆化學鍵的材料在受到損傷后,可以在熱處理的條件下,不需要額外的催化劑、單體分子或者其它特殊表面處理,通過本身結構中的逆Diels-Alder(retro-DA)反應和Dles-Alder(DA)反應體系的共同作用就能達到對材料損傷的修復效果,自修復效率高,且理論上能夠在同

3、一處進行多次的自我修復。
　　本論文首先以糠醇(FA)-二苯基亞甲基雙馬來酰亞胺(BMI)為DA反應模型,并采用UV-Vis, ATR-IR,原位1H NMR三種測試手段初步研究此DA反應模型的反應動力學,研究表明,該反應符合第三反應動力學模型,且DA反應溫度在60~70oC左右最佳,反應溫度大于70oC時,retro-DA反應阻礙DA反應的進行。此外,帶有兩個呋喃環(huán)端基的聚氨酯預聚體(MPF)通過兩步法合成,基于DA反應模型的研

4、究基礎之上,我們選取原位1H NMR測試研究基于MPF和BMI之間的動力學并確定獲得最大轉化率最佳條件。研究表明此動力學為第二反應動力學,反應活化能Ea=47.0 kJ mol-1,最佳反應溫度范圍為60~70oC。
　　本文以賦予聚氨酯材料熱可逆自修復特性為目的,利用異氰酸酯的反應特性,通過分子設計制備兩端帶有呋喃端基的聚氨酯預聚體,將這種雙官能度的聚氨酯預聚物和雙官能度的雙馬來酰亞胺在低于80oC的溫度進行反應,制備主鏈帶有呋

5、喃-馬來酰亞胺的熱可逆 DA鍵的聚氨酯,使聚氨酯材料獲得自修復的智能特性。
　　采用1H NMR, DSC, GPC等一系列分析測試方法研究這種主鏈帶有可逆DA鍵的線型聚氨酯(PU-DA)的熱可逆性能,并通過熱臺偏光顯微鏡(POM)觀察PU-DA膜上的刀痕在120oC時的自修復過程,利用拉伸測試考察自修復線型聚氨酯的自修復效率。測試結果表明將帶有刀痕的PU-DA膜至120oC,刀痕在5分鐘內可以完全消失;修復后薄膜的拉伸強度可達到