基于氢键作用自愈合超分子弹性体的合成与表征

发布时间：2017-04-11 17:25

  本文关键词：基于氢键作用自愈合超分子弹性体的合成与表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自愈合材料作为新兴发展起来的智能材料,近年来越来越受到人们的关注。通过在大分子链或是小分子低聚物中引入非共价键基团获得超分子聚合物是近年来发展自愈合材料的主要途径之一。其中,氢键型自愈合超分子聚合物因氢键的强取向性、饱和性、选择性以及动态可逆性成为了人们的研究重点,通过原材料的选择、分子结构的设计,可以得到不需要任何愈合剂、溶剂或其他刺激等外界帮助,在常温下便可实现自愈合的自愈合材料。本论文首先以癸二酸、柠檬酸、二乙烯三胺为原料合成出低聚物前体,继而与尿素(Urea)反应经后处理后得到氢键型自愈合超分子弹性体。当癸二酸/柠檬酸摩尔比为8：2时通过改变Urea的加入量得到了一系列产物。运用FT-IR、1H-NMR、13C-NMR等测试方法对产物制备过程以及最终产物进行了表征分析,产物是以酰胺键、烷基脲以及咪唑啉酮为主的多官能体系,确定了反应机理；GPC结果表明,随Urea量增加,产物分子量逐渐降低；DSC和XRD结果表明材料为两相结构,低温段表现出低的玻璃化转变,低的Urea使用量会有结晶相的生成,初步建立了氢键交联网络模型。此外,本课题通过改变不同的癸二酸／柠檬酸摩尔比合成了系列氢键型自愈合超分子弹性体,利用FT-IR追踪了反应过程,采用DSC及XRD表征了其结构,同为两相结构,低温段表现出相近的玻璃化转变：GPC结果表明,随癸二酸/柠檬酸摩尔比减小,产物的分子量逐渐降低。拉伸、蠕变、应力松弛等分析表明,材料具有很好的拉伸强度和断裂伸长率,可以表现出与交联弹性体类似的蠕变和应力松弛行为；自愈合实验表明材料具有很好的自愈合能力,随Urea量的增加或癸二酸/柠檬酸摩尔比的减小,自愈合能力逐渐增强；用SEM观察了愈合效果,愈合效率可达100%；生物毒性实验表明材料在生物医用材料上具有潜在的应用前景。通过以上研究表明,以生物基的小分子酸为原料可以合成出具有低玻璃化转变在常温下表现出良好自愈合能力的超分子弹性体,为发展自愈合材料提供了新的途径,扩展了自愈合材料的应用领域。
【关键词】：自愈合 氢键 超分子弹性体 生物基
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB381
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-34
• 1.1 自愈合材料概述16
• 1.2 超分子自愈合材料16-31
• 1.2.1 超分子17
• 1.2.2 超分子聚合物17-18
• 1.2.3 氢键型自愈合超分子聚合物18-27
• 1.2.3.1 氢键的定义18
• 1.2.3.2 氢键的特征18-19
• 1.2.3.3 氢键在超分子体系中的应用19-20
• 1.2.3.4 基于大分子的氢键型自愈合超分子聚合物20-23
• 1.2.3.5 基于小分子的氢键型自愈合超分子聚合物23-27
• 1.2.4 配位键型自愈合超分子聚合物27-28
• 1.2.5 π-π堆叠型自愈合超分子聚合物28-30
• 1.2.6 离子键型自愈合超分子聚合物30-31
• 1.3 本课题研究的目的与意义、主要内容及创新之处31-34
• 1.3.1 本课题研究的目的与意义31-32
• 1.3.2 本课题研究的主要内容32
• 1.3.3 本课题研究的创新之处32-34
• 第二章 实验部分34-42
• 2.1 实验原料及试剂34
• 2.2 实验仪器与设备34-35
• 2.3 样品的合成与制备35-39
• 2.3.1 低聚物前体的制备35-36
• 2.3.2 自愈合超分子弹性体的合成36-38
• 2.3.3 自愈合超分子弹性体实验样条的制备38-39
• 2.4 测试方法与表征手段39-42
• 2.4.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析39
• 2.4.2 ~1H-NMR、~(13)C-NMR核磁共振光谱分析39
• 2.4.3 凝胶渗透色谱(GPC)分析39
• 2.4.4 差示扫描量热(DSC)分析39-40
• 2.4.5 X射线衍射(XRD)分析40
• 2.4.6 拉伸测试40
• 2.4.7 自愈合性能测试40
• 2.4.8 扫面电子显微镜(SEM)40
• 2.4.9 蠕变40
• 2.4.10 应力松弛40-41
• 2.4.11 细胞毒性测试41-42
• 第三章 自愈合超分子弹性体的合成与结构表征42-64
• 3.1 基于单一酸的超分子弹性体的合成与结构表征42-48
• 3.1.1 FT-IR分析43-45
• 3.1.2 ~1H-NMR分析45-47
• 3.1.3 差示扫描量热(DSC)分析47-48
• 3.2 一定酸配比的超分子弹性体的合成与结构表征48-62
• 3.2.1 FT-IR分析48-52
• 3.2.1.1 FT-IR跟踪分析48-51
• 3.2.1.2 不同Urea量超分子弹性体的FT-IR分析51-52
• 3.2.2 不同Urea量超分子弹性的~1H-NMR、~(13)C-NMR分析52-56
• 3.2.3 不同Urea量超分子弹性体的分子量分析56-57
• 3.2.4 不同Urea量超分子弹性体的DCS分析57-59
• 3.2.5 不同Urea量超分子弹性体的XRD分析59-60
• 3.2.6 超分子弹性体合成的机理研究60-62
• 3.3 本章小结62-64
• 第四章 不同酸配比的超分子弹性体的合成与结构衰征64-72
• 4.1 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比超分子弹性体的FT-IR分析64-68
• 4.1.1 SE-9:1合成的FT-IR跟踪分析64-66
• 4.1.2 SE-7:3合成的FT-IR跟踪分析66-67
• 4.1.3 SE-6:4合成的FT-IR跟踪分析67-68
• 4.2 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比超分子弹性体的GPC分析68-69
• 4.3 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比超分子弹性体的DSC分析69-70
• 4.4 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比超分子弹性体的XRD分析70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第五章 自愈合超分子弹性体的性能表征72-84
• 5.1 拉伸性能测试72-74
• 5.1.1 不同Urea量的超分子弹性体应力-应变曲线72-73
• 5.1.2 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比的超分子弹性体应力-应变曲线73-74
• 5.2 自愈合性能74-78
• 5.2.1 不同Urea量的超分子弹性体自愈合性能74-77
• 5.2.2 不同癸二酸/柠檬酸摩尔比的超分子弹性体自愈合性能77-78
• 5.3 黏弹性分析78-81
• 5.3.1 蠕变分析78-80
• 5.3.2 应力松弛分析80-81
• 5.4 生物毒性测试81-82
• 5.5 本章小结82-84
• 第六章 结论84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 发表的文章92-94
• 作者和导师简介94-96
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书96-97

【参考文献】

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本文编号：299609