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新型四重氢键聚氨酯扩链剂的合成、性能及应用研究

作　者: 冯志成
导　师: 杨晓慧
学　校: 上海交通大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: UPy 四重氢键超分子化学聚氨酯扩链剂
分类号: TQ316.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超分子聚合物通过非共价键连接不同组分,在适当的条件下这些非共价键可以解离和重组,这个过程是可逆的,根据这一性质可以设计不同种类的功能材料。近年来,基于UPy(2-ureido-4[1H]-pyrimidone)的超分子材料受到了极大关注,UPy可以通过自互补四重氢键形成二聚体,从而大大提高超分子聚合物的聚合程度。UPy若被引入到了聚合物的端基中,则可以将低聚体通过端基UPy的二聚,形成超分子的长链,其机械性能会发生很大的改变。若多个UPy被引入到聚合物的一条链上,可以得到以UPy二聚体为物理交联点的可逆的超分子交联网络,与化学交联的聚合物网络相比,其保持了聚合物的弹性,也保留了聚合物的可加工性。本文期望将UPy可以通过四重氢键二聚的特点与聚氨酯低成本、原料简单易得、结构可设计等优点相结合,制备含UPy的聚氨酯材料。通过合成两种新型含有UPy官能团的二醇化合物,作为扩链剂通过羟基与聚氨酯预聚体中异氰酸酯的反应,将UPy官能团引入到了聚氨酯材料的主链及侧链中,合成了不同UPy含量的聚氨酯并研究了其相关性能。选用不同分子量的聚氨酯软段合成了四种主链含UPy聚氨酯。TGA, DSC, DMA测试结果表明,聚氨酯主链上引入UPy官能团会导致聚氨酯耐热性减弱,随着所用软段分子量增加,UPy含量减少,聚氨酯耐热性越来越好。由于UPy基团附近的氨酯键的氢键的引导作用,进行横向集聚形成的微晶,其熔点在60°C左右。玻璃化转变温度随着软段分子量增加而下降,同时四种主链含UPy聚氨酯都在0°C-50°C左右有个典型的橡胶平台。拉伸性能测试表明,主链含UPy聚氨酯随着软段分子量的增大,主链中UPy含量降低,使聚氨酯强度下降,但伸长率因为柔性软段分子量增大而提高。选用1,4-丁二醇与UPy侧基的二醇按不同比例混合,合成了UPy侧链含量不同的聚氨酯。TGA, DSC, DMA测试结果表明,聚氨酯中UPy侧链含量越多时,起始分解温度越低。而UPy侧链对主链的分解起到一定的延迟作用。含侧链UPy聚氨酯由于UPy基团附近的脲键的氢键的引导作用,也会进行横向集聚形成的微晶,其熔点在60°C-70°C左右。随着UPy含量的增加,使含侧链UPy聚氨酯的玻璃化转变温度向低温偏移。拉伸测试结果表明随着UPy侧链含量的增加,材料的断裂伸长率增加,而断裂强度出现先减小后增大的趋势,有一个最低点。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-30
  1.1 超分子聚合物  11-14
    1.1.1 超分子化学与超分子聚合物  11
    1.1.2 超分子聚合物里的主要作用力  11-14
  1.2 氢键超分子聚合物  14-18
    1.2.1 氢键  14
    1.2.2 单重氢键体系  14
    1.2.3 双重氢键体系  14-15
    1.2.4 三重氢键体系  15-16
    1.2.5 四重氢键体系  16-17
    1.2.6 多重氢键体系  17-18
  1.3 Upy 改性聚合物研究进展  18-25
    1.3.1 概述  18
    1.3.2 端基含UPy 聚合物  18-21
    1.3.3 侧基含UPy 聚合物  21-23
    1.3.4 含UPy 的支化型聚合物  23-24
    1.3.5 主链含UPy 聚合物  24
    1.3.6 UPy 四重氢键体系的理论研究  24-25
  1.4 聚氨酯及聚氨酯扩链剂  25-28
    1.4.1 聚氨酯概述  25-26
    1.4.2 聚氨酯的发展  26-27
    1.4.3 聚氨酯的扩链剂  27-28
  1.5 本文研究的意义及主要内容  28-30
第二章主链含UPy 官能团的聚氨酯  30-54
  2.1 引言  30
  2.2 实验部分  30-35
    2.2.1 实验原料  30-31
    2.2.2 实验仪器与测试条件  31
    2.2.3 主链UPy 扩链剂的合成  31-33
    2.2.4 主链含UPy 聚氨酯的合成  33-35
  2.3 结果与讨论  35-52
    2.3.1 主链UPy 扩链剂的结构表征  35-41
    2.3.2 主链含UPy 聚氨酯的结构表征  41-42
    2.3.3 主链含UPy 聚氨酯的分子量及其分布  42-43
    2.3.4 主链含UPy 聚氨酯的热失重分析  43-45
    2.3.5 主链含UPy 聚氨酯的DSC 分析  45-48
    2.3.6 主链含UPy 聚氨酯的DMA 分析  48-50
    2.3.7 主链含UPy 聚氨酯的力学性能  50-52
    2.3.8 主链含UPy 聚氨酯的AFM 测试  52
  2.4 本章小结  52-54
第三章侧链含UPy 官能团的聚氨酯  54-72
  3.1 引言  54
  3.2 实验部分  54-58
    3.2.1 实验原料  54
    3.2.2 实验仪器与测试条件  54-55
    3.2.3 侧链UPy 扩链剂的合成  55-56
    3.2.4 侧链含UPy 聚氨酯的合成  56-58
  3.3 结果与讨论  58-70
    3.3.1 侧链UPy 扩链剂的结构表征  58-63
    3.3.2 侧链含UPy 聚氨酯的结构表征  63-64
    3.3.3 侧链含UPy 聚氨酯的分子量及其分布  64-65
    3.3.4 侧链含UPy 聚氨酯的热失重分析  65-66
    3.3.5 侧链含UPy 聚氨酯的DSC 分析  66-68
    3.3.6 侧链含UPy 聚氨酯的DMA 分析  68-69
    3.3.7 侧链含UPy 聚氨酯的力学性能  69-70
  3.4 本章小结  70-72
第四章全文总结  72-74
参考文献  74-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  82

新型四重氢键聚氨酯扩链剂的合成、性能及应用研究

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