自修复聚氨酯的制备及其界面修复机制研究

发布时间：2024-04-02 18:51

　　自修复聚合物材料,是材料科学研究的前沿课题,对于提高材料智能性、延长材料服役寿命等具有重要的研究意义,在柔性电子、可穿戴器件、生物医药等领域具有广阔的应用前景。在传统聚合物材料中引入超分子作用体系,利用分子间相互作用动态、可逆的特征,实现聚合物体系损伤后的结构重构和性能修复,因而成为了设计自修复聚合物体系的重要方法。然而,超分子相互作用的键能较弱,导致聚合物体系的力学性能较差;同时,超分子作用在自修复体系的作用机制也亟待阐明。因此,如何从理论上深入认识超分子体系的修复机制,发展高力学性能的自修复聚合物材料,是该研究领域长期面临的难题。为此,本论文以聚氨酯材料为本体模型,通过引入多级次超分子氢键以及共价键交联制备了双交联自修复聚氨酯材料,并对其修复性能和力学性能进行了表征;进而,应用宏观超分子组装的研究模型阐释了其界面修复机制,为自修复超分子聚合物材料的设计和优化提供了支持。主要研究工作如下:1、设计并合成了含有2-脲基-4[1H]-嘧啶酮(UPy)和脲基的二醇扩链剂(U2-diol),并将U2-diol引入聚氨酯体系中,利用UPy基团的四重氢键、脲基的二重氢键以及氨基甲酸酯基的单重氢键...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 自修复材料
        1.1.1 概述
        1.1.2 外援型自修复材料
        1.1.3 本征型自修复材料
            1.1.3.1 基于Diels-Alder反应的自修复材料
            1.1.3.2 基于二硫键的自修复材料
            1.1.3.3 基于氢键的自修复材料
            1.1.3.4 基于金属配位键的自修复材料
            1.1.3.5 基于主客体相互作用的自修复材料
            1.1.3.6 基于π-π相互作用的自修复材料
    1.2 高力学强度本征型自修复材料
        1.2.1 概述
        1.2.2 基于相分离结构的高力学强度自修复材料构筑策略
            1.2.2.1 使用动态共价键构筑高强度的网络
            1.2.2.2 提高网络中非共价键的强度
            1.2.2.3 构筑双交联杂化网络
    1.3 本征型自修复材料的修复过程
        1.3.1 概述
        1.3.2 修复过程中键的重构
        1.3.3 修复过程中分子链的运动
    1.4 宏观超分子组装
    1.5 本论文的研究目的和意义及其研究内容
        1.5.1 研究的目的和意义
        1.5.2 研究的主要内容
第二章 多级次氢键扩链剂(U₂-diol)的制备
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品和实验仪器
        2.2.2 实验步骤
            2.2.2.1 异氰酸酯基封端含UPy基团的中间体(UPy-NCO)的合成
            2.2.2.2 多级次氢键扩链剂(U₂-diol)的合成
            2.2.2.3 自修复聚氨酯的合成
    2.3 测试及表征方法
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 UPy-NCO的核磁共振氢谱以及红外光谱分析
        2.4.2 U₂-diol的核磁共振氢谱以及红外光谱分析
        2.4.3 U₂-diol对聚氨酯自修复性能的影响
    2.5 本章小结
第三章 双交联网络结构强韧自修复聚氨酯的制备
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品和实验仪器
        3.2.2 实验步骤
    3.3 测试及表征方法
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 双交联自修复聚氨酯结构的表征
            3.4.1.1 双交联自修复聚氨酯的核磁共振氢谱分析
            3.4.1.2 双交联自修复聚氨酯的红外光谱分析
            3.4.1.3 双交联自修复聚氨酯的动态热机械分析
        3.4.2 交联结构对聚氨酯力学性能的影响
        3.4.3 交联结构对聚氨酯自修复性能的影响
        3.4.4 可回收性表征
    3.5 本章小结
第四章 自修复聚氨酯界面修复机制的探究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品和实验仪器
        4.2.2 实验步骤
            4.2.2.1 自修复聚氨酯SP-U₃₀-TMP_1.5的制备
            4.2.2.2 不含U₂-diol的聚氨酯P-TMP_1.5的制备
            4.2.2.3 自修复聚氨酯SP-U₃₀-TMP_1.5构筑基元的制备
            4.2.2.4 表面修饰自修复聚氨酯链的PDMS构筑基元的制备
    4.3 测试及表征方法
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 自修复聚氨酯SP-U₃₀-TMP_1.5结构的表征
        4.4.2 自修复聚氨酯SP-U₃₀-TMP_1.5的自修复性能
        4.4.3 超分子相互作用对自修复的影响
        4.4.4 高分子链的扩散缠结对自修复的影响
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
作者及导师简介
附录



本文编号：3946049