自修复聚合物的制备与表征

发布时间：2020-06-01 16:59

【摘要】：聚合物暴露于外部环境(例如:光照、紫外线、热)之中会受到破坏,降低材料的性能以及使用寿命。自修复是人们模仿生物体损伤愈合的概念,解决材料损伤、延长材料使用寿命的新方法。针对近年来自修复聚合物材料的研究情况,根据自修复机理可以将其分为共价键自修复材料、超分子自修复材料两类,我们分别阐述了它们的化学原理与制备方法。在此基础上,对自修复性质的多样性,如形状自修复、导电性自修复、疏水性自修复、顺磁性自修复等应用性质进行综述。我们的研究主要包括以呋喃基醇为单体制备呋喃基聚氨酯,再进一步与双马来酰亚胺反应制备Diels-Alder(DA)共价交联的聚合物。当材料被破坏之后,DA共价键断裂;当破损的材料被加热到一定的温度时,DA反应正向进行,共价键重组,从而达到修复材料的目的。由于所用单体和交联剂的不同,材料的修复温度呈现了微小的差距。通过DSC和DMA的测试可以很明显的发现,这种现象呈现一定的规律性:酰胺单体的修复温度最高,酰亚胺次之,胺的温度最低。与此同时,为了提高材料的修复性能和达到进一步保护材料的目的,我们在自修复材料的基体之中填充进了负载低表面能物质的纳米二氧化硅,使得材料具备疏水性能从而达到自保护的目的。而且,纳米粒子会随着链的移动进行迁移,产生持久可恢复的疏水表层。其中,为了使二氧化硅纳米粒子表面负载低表面能的物质,我们首先合成了末端含有全氟烷基的重氮甲烷,然后通过加热重氮甲烷生成卡宾,利用卡宾与二氧化硅表面的羟基发生插入反应实现纳米二氧化硅的表面修饰。通过改变纳米二氧化硅在聚氨酯材料中的含量,总结分析其对力学性质和疏水性质的影响。通过电镜和拉力测试,得到了材料的力学的修复效率。通过接触角和表面元素的分析测试,证明了材料表层性质实现了自我修复。综上所述,我们得到了一种可由同一条件(热)激发同时实现力学修复和表面修复的聚氨酯复合材料。材料损坏之后,在热的刺激之下,呋喃与双马来酰亚胺之间的共价反应正向进行,对材料的内部力学性质进行修复;同时,通过分子链扩展和移动,带动纳米二氧化硅纳米粒子进行移动,迁移到裂痕的表面,达到辅助修复力学性质的效果。与此同时,低表面能的物质和纳米粒子迁移到材料的表面,提高了材料表面的接触角,也就是增大了材料的表面疏水能力,避免了材料受到腐蚀,进而达到保护材料的目的。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631

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本文编号：2691787