基于氢键作用自愈合超分子弹性体的合成与表征

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:tedious
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自愈合材料作为新兴发展起来的智能材料,近年来越来越受到人们的关注。通过在大分子链或是小分子低聚物中引入非共价键基团获得超分子聚合物是近年来发展自愈合材料的主要途径之一。其中,氢键型自愈合超分子聚合物因氢键的强取向性、饱和性、选择性以及动态可逆性成为了人们的研究重点,通过原材料的选择、分子结构的设计,可以得到不需要任何愈合剂、溶剂或其他刺激等外界帮助,在常温下便可实现自愈合的自愈合材料。本论文首先以癸二酸、柠檬酸、二乙烯三胺为原料合成出低聚物前体,继而与尿素(Urea)反应经后处理后得到氢键型自愈合超分子弹性体。当癸二酸/柠檬酸摩尔比为8:2时通过改变Urea的加入量得到了一系列产物。运用FT-IR、1H-NMR、13C-NMR等测试方法对产物制备过程以及最终产物进行了表征分析,产物是以酰胺键、烷基脲以及咪唑啉酮为主的多官能体系,确定了反应机理;GPC结果表明,随Urea量增加,产物分子量逐渐降低;DSC和XRD结果表明材料为两相结构,低温段表现出低的玻璃化转变,低的Urea使用量会有结晶相的生成,初步建立了氢键交联网络模型。此外,本课题通过改变不同的癸二酸/柠檬酸摩尔比合成了系列氢键型自愈合超分子弹性体,利用FT-IR追踪了反应过程,采用DSC及XRD表征了其结构,同为两相结构,低温段表现出相近的玻璃化转变:GPC结果表明,随癸二酸/柠檬酸摩尔比减小,产物的分子量逐渐降低。拉伸、蠕变、应力松弛等分析表明,材料具有很好的拉伸强度和断裂伸长率,可以表现出与交联弹性体类似的蠕变和应力松弛行为;自愈合实验表明材料具有很好的自愈合能力,随Urea量的增加或癸二酸/柠檬酸摩尔比的减小,自愈合能力逐渐增强;用SEM观察了愈合效果,愈合效率可达100%;生物毒性实验表明材料在生物医用材料上具有潜在的应用前景。通过以上研究表明,以生物基的小分子酸为原料可以合成出具有低玻璃化转变在常温下表现出良好自愈合能力的超分子弹性体,为发展自愈合材料提供了新的途径,扩展了自愈合材料的应用领域。
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