自愈合聚氨酯涂膜材料的合成及性能

作     者：胡杰 

作者单位：温州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柴玉叶

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：自愈合 Diels Alder反应 聚氨酯 涂膜材料 

摘      要：高分子材料在其使用过程中,会受到各方面的有害作用(包括气候、氧、光、热、射线等),可能造成材料内部化学键的断裂,或者结构产生有害的变化,具体可表现为变色、变脆、强度降低、甚至断裂等等,直接导致材料的使用寿命变短。来自生物系统中具有的损坏触发自主愈合反应的启发,自愈合成高分子材料得以研究和开发。这是一个新兴迷人的研究领域,可以显著延长高分子聚合物的使用寿命和安全性能,适用于很多应用领域。此领域日益受到研究者的重视,研究进展很快。自愈合的途径有很多种,其中采用共轭二烯烃(呋喃环)和亲二烯烃体(马来酰亚胺环)之间的Diels Alder(DA)反应和retro-Diels Alder(r-DA)反应即是其中的一种。DA反应和r-DA反应不需要添加物质到材料中,只需在损伤时对材料进行加热处理便可进行自愈合,因此成为实现自愈合材料途径的研究热门。本论文按此思想,结合聚氨酯材料优异特性,利用DA反应和r-DA反应途径实现自愈合聚氨酯涂膜材料的制备。首先,在制备双组份聚氨酯涂膜材料过程中,A组分末端引入两个呋喃环,聚氨酯B组分末端引入两个马来酰亚胺环。并通过1H NMR、ATR-IR证实合成了A组分与聚氨酯B组分。其次,A组分与聚氨酯B组分之间发生DA反应和r-DA反应实现自愈合功能。研究得出:采用1H NMR证实A组分与聚氨酯B组分在70℃下能进行DA反应,在130℃下能进行r-DA反应。再次,1H NMR、ATR-IR及GPC证实对聚氨酯涂膜材料进行3次循环热处理后仍能实现热可逆自愈合,表明该聚氨酯涂膜材料具有热可逆自愈合性能。改变聚氨酯双组分的硬段和软段后,也能进行DA反应和r-DA反应,从而制备不同性能的自愈合聚氨酯涂膜材料。通过分析测试:自愈合聚氨酯涂膜材料成功制备,并且TGA等表明该聚氨酯涂膜材料具有良好的热性能。