【摘 要】
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聚氨酯（PU）由于具有良好的机械性能、热性能和耐化学性,被广泛应用于保护性涂层、弹性体、泡沫材料、胶粘剂、复合材料等领域。传统的聚氨酯多由不可再生的石油资源制备,随着石油资源的短缺,以可再生的生物质资源研制综合性能优异的生物基聚氨酯具有重大意义。另外,现有的大多数聚氨酯在服役期后难以降解,造成了严重的污染问题;而可降解的聚氨酯通常又不具备优良的机械性能和热性能,因此设计出能够兼顾高性能和可降解性的
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聚氨酯（PU）由于具有良好的机械性能、热性能和耐化学性,被广泛应用于保护性涂层、弹性体、泡沫材料、胶粘剂、复合材料等领域。传统的聚氨酯多由不可再生的石油资源制备,随着石油资源的短缺,以可再生的生物质资源研制综合性能优异的生物基聚氨酯具有重大意义。另外,现有的大多数聚氨酯在服役期后难以降解,造成了严重的污染问题;而可降解的聚氨酯通常又不具备优良的机械性能和热性能,因此设计出能够兼顾高性能和可降解性的聚氨酯是极具挑战的。同时,易燃是聚氨酯的另一个关键问题,一般通过使用阻燃剂来提高聚氨酯的阻燃性能,出于对环境保护的考虑,开发绿色环保的阻燃剂也是当今的一个热点。本文以生物基香草醇为单体制备聚氨酯,其中的苯环提供刚性和强度,羟基进一步反应形成酯键,提供可降解基团,解决了生物基聚氨酯高性能和可降解的矛盾;并通过引入苯基磷酰二氯提高了聚氨酯的阻燃性。本文的主要研究内容和取得的主要成果如下:（1）采用香草醇（VA）与三种酰氯,包括丁二酰氯、己二酰氯、辛二酰氯,经过水相一步反应,合成了三种具有柔性链差异的香草醇基二元醇VA4、VA6以及VA8。通过FTIR、NMR和MS确定了合成结构与设计结构相符合。将这三种二元醇分别与六亚甲基二异氰酸酯三聚体（HDI Trimer）进行固化反应,制备了3种具有可调节高性能的香草醇基热固性聚氨酯薄膜PU4、PU6和PU8,并且由于二元醇中内在的功能性化学键酯键,其可以在碱性溶液中数小时内快速降解。对聚氨酯薄膜的热学性能、热机械性能、机械性能以及可降解性等进行了系统的研究。结果表明:PU4综合性能最佳,Tg DMA高达79.95℃,拉伸强度达到79.4 MPa,杨氏模量为1.5 GPa;PU8在达到相当的力学强度（63.7 MPa）的同时,具有更好的韧性（断裂伸长率为68.9%）;因此,材料的性能可以通过控制二元醇中柔性链段的长度来调控。这种基于香草醇的全生物基二元醇结构设计,为香草醇基聚氨酯在高性能和可降解材料领域的应用提供了更多的可能。（2）采用香草醇与苯基磷酰二氯反应合成了一种新型的香草醇基含磷二元醇PPDVA,通过FTIR、NMR和MS对该单体的化学结构进行了表征。再将其与HDI Trimer固化,制备得到生物基本征阻燃热固性聚氨酯PU-C,将其与市售的聚丙二醇400（PPG400）制备的聚氨酯PU-A对比,对其热性能、热稳定性、机械性能和阻燃性等进行了系统的研究。结果表明,相对于PU-A体系,PU-C各方面性能显著提高:Tg DMA从-5.35℃提高到72.58℃;拉伸强度从1.2 MPa提高到62.7 MPa;极限氧指数从17.9%提高到28.9%;残碳量从2.58%提高到19.09%;总放热量降低26.55%;且PU-C体系达到HB水平燃烧等级。综上,本文成功制备了香草醇基的系列热固性聚氨酯,且其均达到了高的性能水平,具有可调控的性能表现。
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