热可逆交联环氧树脂的动态结构与性能研究

通过双马来酰亚胺与侧链带有呋喃官能团线性环氧树脂间的Diels-Alder反应,制备了热可逆交联的环氧树脂(DAERs),通过热分析、固体核磁共振技术和力学性能测试详细研究了该热可逆交联聚合物中的热可逆转变过程、动态化学键演化以及交联度对力学性能的影响.示差扫描量热法(DSC)和动态热机械分析(DMA)等热分析结果表明,可逆共价键的化学交联作用提高了材料的玻璃化转变温度,随着交联度的增大,热可逆共价键断裂及玻璃化转变协同作用导致材料软化温度显著提高,进而提高了材料的耐热性.通过变温13C固体NMR实验原位监测DA/retro-DA反应过程,发现DAERs中通过DA反应形成的交联网络结构可以在高温解交联而生成呋喃与马来酰亚胺小分子化合物,而低温时呋喃与马来酰亚胺化合物又再次反应得到DA加成结构,进而从分子水平上为材料的热可逆交联特性提供了关键的实验证据.而原样品和溶液法再加工样品的拉伸实验结果表明,可逆交联DA反应不但使样品具有较高的力学强度,而且使交联聚合物具有了再加工的能力.     

基于多重动态共价键的环氧类玻璃网络的制备与性能

以三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TTE)为基体, 2,2′-(1,4-亚苯基)-双[4-硫醇1,3,2-二氧杂戊烷](BDB)和3,3-二硫代二丙酸(DTDPA)为交联剂, 通过环氧-巯基“点击”反应和环氧-羧酸酯化反应, 制备了基于多重动态共价键(硼酸酯键、 二硫键和酯键)的环氧类玻璃网络. 利用红外光谱和拉曼光谱对其结构进行了表征, 结果表明, 环氧类玻璃中不仅存在硼酸酯键、 二硫键和酯键, 还存在可逆氢键, 并且大量氢键的存在能提高环氧类玻璃的交联度. 对所得环氧网络的热稳定性、 热机械性能和力学性能进行了测试, 并对基于多重动态共价键环氧网络进行了自修复、 焊接、 形状记忆和再加工能力测试. 结果表明, 在80 ℃下可实现网络的完全自修复、 再加工与焊接, 且焊接后样品的力学性能(拉伸强度)恢复率在80%以上, 具有优异的功能性.     

具有自修复和形状记忆功能的聚氨酯光敏树脂

利用封端剂的动态可逆特性,设计、制备出含有多处大位阻脲键和结晶性软段的光敏聚氨酯丙烯酸酯(PUTA).光固化后的材料具有较高的弹性、良好的力学性能、自修复性能和形状记忆性能.经热处理修复后,试样的修复效率达70％(拉伸强度3.58?MPa,伸长率250％);软段的结晶转变使材料具有重复塑形以及形状记忆性能,并可在升温后...     

基于Diels-Alder反应的自修复聚氨酯的结构与修复行为

采用呋喃封端的聚氨酯预聚体与双马来酰亚胺反应,合成了基于Diels-Alder(DA)反应的热可逆自修复聚氨酯(PU-DA).利用FTIR、DSC和gel-solution-gel方法对其分子结构、热性能及其可逆性进行了表征,结果表明,具有热可逆性的DA键被成功引入到聚氨酯中,从而赋予聚氨酯具有良好的再加工性能和自修复性能.通过偏光显微镜观测对材料的自修复行为进行了考察,结果表明,由于DA反应的热可逆性,0.5 mm深度划痕的聚氨酯试样在120℃热处理300 s或130℃热处理150 s后划痕便可消失,从而实现了划痕的自修复.并且模拟实际生活中聚合物材料受到轻微损伤时的情况,通过拉伸试验对0.5 mm深度划痕有效自修复的热处理温度和时间进行了确定,并对同一受损部位多次刻划-修复的修复效率进行了详细研究,结果表明:在120℃处理15 min可达到最佳修复效果,其一次修复效率可达71%,同一受损部位经过3次刻划—修复后,其修复效率仍能达到35%.     

基于肟-氨基甲酸酯的超强自修复水性聚氨酯胶粘剂的制备及性能分析

基于肟-氨基甲酸酯热可逆成键原理, 利用可工业批量获得的二甲基乙二肟为构建单元, 设计合成了一类具有高强动态网络结构的水性乳液, 制备出综合性能与重复利用兼顾的聚氨酯胶粘剂; 通过变温红外光谱结合差式扫描量热仪分析了肟-氨基甲酸酯升温过程的可逆成键特性, 并利用动态力学谱仪对变温过程的网络松弛行为进行了研究. 结果表明, 合理的硬段含量与结构设计赋予了胶粘剂极高的粘结强度(25 MPa, 一般商业通用热熔胶的粘结强度< 6 MPa)、 优异的乳液稳定性(粒径<100 nm)以及接近97%的修复效率(160 ℃, 10 min下的剪切搭接实验). 该类乳液具有超强、 稳定及工艺可放大等特性, 为水性自修复胶粘剂的商业化开发提供了新途径和新思路.     

采用层层自组装与光化学修饰法在聚氨酯表面固定生物多糖衍生物

采用层层自组装技术与光化学修饰方法相结合在聚氨酯材料表面固定生物多糖衍生物,首先合成具有光反应活性的叠氮壳聚糖,再在聚氨酯基材表面进行叠氮壳聚糖与香菇多糖硫酸酯的层层自组装,然后通过光化学反应对自组装多层膜修饰层进行交联,制备得到生物多糖衍生物层层自组装与光化学表面修饰的聚氨酯材料.通过红外光谱、X射线光电子能谱、水接触角测量仪、抗菌活性测试、溶血试验和血小板黏附测试等方法对被修饰聚氨酯材料的表面性能和生物性能进行了分析,测试结果表明修饰后的聚氨酯材料表面的亲水性和血液相容性得到改善,并且被修饰材料对大肠杆菌具有良好的抑制效果.     

基于聚合物复合物的自修复与可修复聚合物材料

聚合物材料在使用过程中受到损伤,就会丧失原有的力学强度和功能.修复功能能够延长聚合物材料的使用寿命、减少原料浪费并提高材料性能的可靠性.赋予聚合物材料修复性能是可持续发展社会对聚合物材料设计的重要需求.本文系统地介绍了本研究组发展的基于溶液中复合的聚合物复合物构筑自/可修复聚合物材料的方法,以及基于高密度的超分子可逆作用力及聚合物复合原位生成的纳米粒子的协同,解决聚合物复合材料的良好修复性能与高力学强度之间矛盾的策略.基于聚合物复合的方法,我们成功制备了聚合物凝胶、弹性体及高强度聚合物复合材料,并实现了上述修复材料在防雾、质子传导和传感等方面的功能.聚合物复合的方法为制备具有优异力学性能和功能的自/可修复聚合物材料提供了新思路.     

基于动态受阻脲键的可修复环氧树脂的制备及性能

以大位阻仲胺和异氰酸酯为原料,合成了基于大位阻脲键的环氧固化剂,并以4, 4’-二氨基二苯甲烷为交联剂,制得了基于大位阻脲键的热可逆结构稳定性自修复环氧热固性树脂。对合成的含大位阻脲键的环氧树脂进行了进行拉伸性能测试、热机械性能测试（DMA）、热重测试（TG）、可修复性能和可再加工性能测试。结果表明,拉伸强度达到68.62 MPa,断裂伸长率达到了6.93%,有效解决了环氧树脂的脆性难题,并且能够保持相对优异的力学性能,从而具有实际应用价值。同时,这种新型材料可以在120℃下10 min内实现快速愈合,大位阻脲键赋予了环氧热固性材料优异的再加工性、自愈合性、焊接性、可重塑性、可循环性和形状记忆性。因此,将大位阻脲键引入热固性环氧树脂,为以经济高效的方式制备具有高机械强度和自愈合效率的环氧热固性树脂提供了一种可行的策略。     

一种新型光致发光自愈合水凝胶的合成

采用自由基聚合法制备了具有光致发光特性的自愈合水凝胶, 解决了光致发光配合物在水相荧光猝灭的问题. 通过分子设计, 利用共价键将油溶性的含Eu稀土配合物引进水凝胶体系中, 发现该配合物在水凝胶体系中稳定存在, 不扩散. 含Eu稀土配合物具有紫外光致发光的特性, 赋予该水凝胶良好的可识别性. 同时该水凝胶含有动态硼酸酯键, 其快速愈合的特性使该水凝胶在受损后能短时间内修复损伤, 为制备可发光水凝胶和可识别生物医用材料提供了新的思路.     

微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.     

双交联网络有机硅弹性体的制备及其自修复性能研究

首先通过水解缩合法制备出了不同巯基含量的无色透明巯基硅油(PDMS-SH),然后通过PDMS-SH与端乙烯基硅油的光诱导点击反应和羧基硅油与氨基硅油的热可逆动态离子交联构建出可逆/不可逆杂化双交联网络,制备出一种可快速UV固化及优异自修复性的有机硅透明弹性体.辐照强度为70 mW/cm~2,Darocur1173加入量为1.0 wt%,―SH/―Vi摩尔比为1.5/1时,巯基-烯点击聚合具有较高的凝胶率、转化率及聚合速率,且固化速率不受离子交联网络的影响.巯基-烯初网络形成后,进一步加热可促进离子网络的形成,提高弹性体力学性能.此外,动态离子交联网络在弹性体中均匀分布.增加离子交联网络可有效降低松弛活化能,有利于应力松弛及动态可逆性,同时热处理工艺有利于动态离子网络的移动及解离-重组过程,从而有利于双网络结构的形成及修复效率的提升.更重要的是,选用巯基硅油DE/15及离子交联网络含量仅15 wt%时,弹性体具有较优力学性能及自修复效率,多次修复后的修复效率仍可高达90%以上,同时快速固化的弹性体具有高达90%以上的可见光透光率.为基于可逆动态离子缔合诱导的快速固化自修复透明有机硅材料提供一种新型可行的制备方法.     

基于动态化学的自愈性水凝胶及其在生物医用材料中的应用研究展望

自愈性材料具有自我修复损伤的特点, 能够增加使用材料的安全性, 延长材料寿命, 是一种具有损伤管理性能的智能新材料. 基于动态化学的自愈性水凝胶是近来备受关注的一种自愈性材料, 由具有动态特性的交联网络构建形成. 交联作用为动态化学键, 即非共价键, 如弱相互作用的氢键、分子间作用力(范德华力)、配位作用、亲疏水作用等, 或可逆共价键, 如温和条件下可逆的亚胺键、双硫键、酰腙键等. 这种材料具有本征性的自愈性, 一方面可应对外界破坏造成的损伤, 进行自我修复. 另一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性, 能自我调节以适应环境变化, 为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料奠定了基础. 水凝胶具有优越的生物相容性以及和生物组织的相似性, 在生物医用材料中如药物控制释放、组织工程修复、生物仿生等领域发挥着越来越大的作用, 而开发具有自愈性的多功能智能水凝胶, 将进一步拓展其应用. 综述了近来基于动态化学的自愈性水凝胶的制备及其在生物医用材料领域中的应用研究.     

离聚物型自修复高分子材料的研究进展

自修复是指材料在受到损伤后可自行修复,并在一定程度上恢复其力学性能的特性,对提高材料的使用寿命及安全性具有重要意义。离聚物中的离子基团在一定条件下由于静电相互作用及与主链的不相容性而相互聚集,形成动态可逆的物理交联点,从而赋予了离聚物材料在无外加修复剂的条件下即可实现自修复的特性。本文系统评述了离聚物型高分子材料的自修复过程与机理、常用的离聚物体系、激发离聚物自修复行为的方式及影响离聚物自修复特性的因素。     

含双硫键的自修复交联聚氨酯弹性体的合成与性能

采用预聚法,以多官能度聚醚多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯为原料,β-巯基乙醇为封端剂制备多官能度巯基封端聚氨酯低聚物,利用Na I/H2O2将巯基氧化为双硫键,获得含双硫键的交联型聚氨酯。通过FTIR研究了产物的化学结构及组成,采用拉伸测试和对比试验等测试方法对自修复条件、自修复效率以及双硫键和氢键在自修复过程中的作用进行了分析。结果表明,制得的含脂肪族双硫键的交联聚氨酯可以在室温下实现高效自修复,而且不需要额外的催化剂和外界刺激条件。用刀片将试样切成两半后对接紧密在自然光线下放置48h后拉伸强度可恢复到原来的95%,断裂伸长率恢复到原来的100%。其中,聚氨酯的氨基甲酸酯键之间形成的氢键提供30%左右的自修复效率。     

可生物降解的聚乳酸弹性体的性能研究

对制备的聚乳酸（聚醚）酯型聚氨酯弹性体进行了动态力学、力学性能和降解性能的测试．结果表明，弹性体的强度和弹性都较好，它们受交联度、ＰＥＧ含量和ＰＥＧ分子量的影响．该弹性体的降解速度较快．降解过程中存在自催化效应，而且是从表面开始由表及里逐渐降解的．但材料降解过程中也会出现内部降解较快的现象．动物实验表明，该弹性体是一种能满足尿道支撑管要求的有实际应用价值的材料．     

基于氢键和Diels-Alder键双重网络自修复弹性体的合成与性能

基于氢键作用和Diels-Alder (DA)交联的双可逆网络,制备了一种高性能、高修复效率的自修复弹性体.首先使用异氰酸正丁酯和N-(2-羟乙基)丙烯酰胺合成氨基甲酸酯小分子(简称为HM),然后将HM、丙烯酸丁酯(BA)及甲基丙烯酸糠酯(FMA)共聚得到线形共聚物,最后用双马来酰亚胺(BMI)通过DA反应交联线形共聚物,得到既有氢键交联,又有DA键交联的双网络自修复弹性体.当受到外力时,键能较低的氢键先断裂消耗能量,使得材料的韧性提高了6.2倍,断裂强度提高了12.3倍;而DA键则赋予了材料较高的弹性和形状回复能力.除此之外,两重网络均为可逆网络,使材料的自修复效率高达98%.     

热可逆自修复环氧树脂的合成与修复行为

采用环氧氯丙烷与糠醇反应合成了含二烯体结构的环氧单体,并与含亲二烯体结构的双马来酰亚胺反应,制备得到基于热可逆Diels-Alder反应的自修复环氧树脂(EP-DA).分别利用FTIR、DSC以及gel-sol转变对EP-DA的化学结构、热性能以及热可逆性进行了分析表征.结果表明,向EP-DA中引入了热可逆DA键,从而赋予环氧树脂良好的热可逆性和再加工性能,使环氧树脂实现自修复,并可使废弃环氧树脂能够得以回收再利用.模拟环氧树脂实际使用中受冲击破坏情况,采用宏观定性观察和弯曲载荷恢复定量测定相结合,对环氧树脂的修复行为和多次修复能力进行了考察,证实这种材料具有良好的自修复性能和多次重复修复能力,其一次修复效率达到了77.1%,同一试样经由3次冲击破坏—热处理后,其修复效率仍然高达53.9%.     

热可逆自修复环氧树脂的合成与修复行为

采用环氧氯丙烷与糠醇反应合成了含二烯体结构的环氧单体,并与含亲二烯体结构的双马来酰亚胺反应,制备得到基于热可逆Diels-Alder反应的自修复环氧树脂(EP-DA).分别利用FTIR、DSC以及gel-sol转变对EP-DA的化学结构、热性能以及热可逆性进行了分析表征.结果表明,向EP-DA中引入了热可逆DA键,从而赋予环氧树脂良好的热可逆性和再加工性能,使环氧树脂实现自修复,并可使废弃环氧树脂能够得以回收再利用.模拟环氧树脂实际使用中受冲击破坏情况,采用宏观定性观察和弯曲载荷恢复定量测定相结合,对环氧树脂的修复行为和多次修复能力进行了考察,证实这种材料具有良好的自修复性能和多次重复修复能力,其一次修复效率达到了77.1%,同一试样经由3次冲击破坏—热处理后,其修复效率仍然高达53.9%.     

单根DNA短链构筑pH响应超分子水凝胶

设计合成了一条包含两段自互补序列和一段富含胞嘧啶(C)序列的DNA单链.在碱性条件下,两段自互补序列可通过分子间自组装形成一维DNA纳米线,调节p H至酸性条件后,胞嘧啶序列通过形成双分子i-motif结构将纳米线交联,从而形成DNA水凝胶.当加入酸或碱调节体系的p H时,水凝胶的力学强度会发生变化.在p H为5.3时,水凝胶力学强度达到最大,增大或减小p H都会使水凝胶强度降低.同时,改变DNA单链浓度也能够调节水凝胶的力学强度.此凝胶制备过程原料合成简便,无需涉及不同DNA链定量配比的问题,大大简化了实验操作;另外i-motif结构在形成与解离两态之间的转换非常迅速,在几秒钟之内便可完成,也赋予该凝胶快速p H响应的特性.     

可用作水润滑轴承的聚氨酯复合材料的制备

采用聚醚型甲苯二异氰酸酯（TDI）聚氨酯预聚体与3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷（MOCA）、氨丙基三乙氧基硅烷（APTEOS）和正硅酸乙酯（TEOS）交联反应,制备耐温型有机-无机杂化聚氨酯复合材料。 通过傅里叶红外光谱仪（IR）、热重分析仪（TGA）、摩擦试验机和硬度计等技术对制备的材料进行了结构表征和性能测试,结果表明,硅氧网络的引入使聚氨酯复合材料的热稳定性得到了提高,同时该材料具有极低的摩擦系数（200 r/min以上,摩擦系数在0.001左右）,硬度在92 A左右。 该有机 无机杂化聚氨酯复合材料已满足了水润滑轴承在耐摩擦、高承载、易加工等方面的要求。