基于生物基二聚酸的热可逆非异氰酸酯聚氨酯的合成及其性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongwen_2003
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非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)作为一种新型的绿色材料,其合成原料不需要使用有毒的异氰酸酯。目前由环碳酸酯氨解反应得到的聚羟基氨基甲酸酯(PHU),是NIPU最有前途的合成方案;并且,高分子材料严重依赖不可再生石油基原料,因此寻找可再生生物基原料制备PHU,具有重要科学价值。本文层层递进,从热塑性PHU出发首先制备新型全生物基强而韧线型基体树脂,再制备热固性纯PHU网络和PHU网络复合材料,对其动态可逆性和再加工性进行研究,最后利用多种动态键的协同作用,来改性PHU松弛活化能普遍高的问题,主要研究内容和结论如下:1.在第二章,本论文从二甘油、二聚酸等可再生资源出发,先以二甘油和碳酸二甲酯出发合成二甘油双环碳酸酯(DGDC),再以二聚酸和己二胺熔融缩聚制备端氨基低聚二聚酸聚酰胺(DAPAhs),之后以DGDC和DAPAhs在无溶剂、无催化条件下反应,制备了系列酰胺型“刚柔并济”的线型嵌段PHUs(L-NIPHAUs),研究了其合成、结晶性及纳米相分离行为。研究发现,DAPAhs链段作为嵌段L-NIPHAUs“刚柔并济”的重要组分,其结晶性、低Tg、低Tm及与双甘油-双羟基氨基甲酸酯链段的共同作用,提高了结晶行为,为材料提供了强而韧的力学性能(σb最高12.12Mpa,εb最高858%);并且如同“桶刷”作用一般的长非极性侧链(软段)与硬段巨大的极性差异,造成了优异的纳米相分离现象,使得非极性侧链富集在材料表面,极大的改善了L-NIPHAUs的疏水性,使其具有显而易见的低表面能特性和耐溶剂性。2.在第三章,这种酰胺型PHU基体被继续利用,通过引入含叔胺结构的交联点,以无溶剂、无催化法制备了系列具有良好力学性能、含结晶结构的动态交联纯PHAU网络和经羟乙基纤维素(HEC)改性的PHAU/HECX复合材料网络。首先将过量DGDC与三(2-氨基乙基)胺(TAEA)在温和温度下(80℃)进行反应,合成环碳酸酯封端的三臂型PHU中间体(T-PHU),再与DAPAhs进行本体交联反应,合成了纯PHAU交联网络;或同时加入HEC,制备了PHAU/HECX复合材料网络;首先验证了基体与HEC的界面共价结合性,发现即便引入大量的羟基,非极性侧链也会因交联网络的形成而富集在材料表面,表现出高疏水性(>90°);并且发现这种复合网络具有141℃的宽温域阻尼效果,这在PHU领域中具有领先的阻尼效果;因酰胺键、HEC引入的高氢键密度导致的网络中的结晶结构,经过温度变化在交联网络中的相转变行为,为PHAU热响应动态化学、应力松弛和再加工功能提供了显著的贡献;这种网络中结晶的相转变,也是导致熔融链段运动启动中高损耗的原因,尤其是在HEC引入下,结晶相转变变得更加困难,造成了其最高141℃宽温域阻尼特性;不仅如此,网络中玻璃化转变、结晶相转变两大链段运动损耗,共同赋予了聚合物形状记忆的功能。3.在第四章,本论文利用新型的环碳酸酯/羧基开环方式,无需减压蒸馏、以无溶剂法,先以不同比例的DGDC与衣康酸反应开环合成了不同分子量的端环碳酸酯不饱和聚羟基酯(t-CC-PHE-x:y),再以DAPAhs对其进行固化交联反应,合成了系列含有-OH/酯和-OH/氨酯的PHUs(PHEU-x:ys)。随着-OH/酯键的增多,网络拓扑重排的启动温度和松弛时间(τ*)出现上升,但是材料的动态响应活化能(Ea)出现大幅度下降,从112 k J/mol降低到62 k J/mol;反之,我们通过在聚酯网络中引入大量的动态-OH/氨酯键,而使得材料的重排启动温度和τ*大幅下降;随着-OH/酯键的增多,重复再加工后的副反应相对减少,使得网络的再加工效率大大增加,从68.3%提升到81.7%;最后,PHEU-x:ys分子链间的强氢键作用使得材料具有良好的耐溶剂性和力学性能。
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