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%.     

基于Diels-Alder反应的自修复聚合物材料

Diels-Alder(DA)反应是一类二烯和亲二烯体进行的[4+2]环加成反应。基于DA反应及其逆过程的自修复聚合物材料近年来在形状记忆材料、可修复涂层、药物输送以及电子封装等领域取得广泛应用。DA反应制备自修复聚合物时通常使用含呋喃基团的化合物或低聚体作为二烯,马来酰亚胺化合物作为亲二烯体。其它的二烯-亲二烯体系如蒽-马来酰亚胺和环戊二烯-双环戊二烯等也被报道用来做自修复材料。本文根据二烯和亲二烯体的不同结构,综述了基于DA反应的自修复聚合物材料研究进展及应用,并探讨了其潜在发展方向。     

Diels-Alder反应在自修复聚合物材料中的研究进展

Diels-Alder(DA)反应是一类二烯体和亲二烯体进行的[4+2]环加成反应,由于其反应条件温和、无需催化剂且具备独特的热可逆性,成为自修复领域的研究热点。回顾了自修复聚合物材料的研究现状,重点介绍了DA反应在自修复材料中的应用情况,并根据所制备的含DA键聚合物的结构类型进行分类,综述了近年来该领域的研究进展,并对其研究前景进行了展望。     

应用Diels-Alder反应制备聚合物的研究进展

由于Diels-Alder反应具有一系列重要特点(原子经济性、热可逆性、立体选择性、立体专一性和区域选择性等),自从1928年被发现以来,该反应就一直是人们研究的热点。将其应用于聚合物的合成中,可制备一些具有特殊性能的Diels-Alder聚合物,人们在这方面作了大量的研究工作,取得了许多研究成果。本文首先根据不同的分类标准,对应用Diels-Alder反应制备聚合物的研究进行了分类,然后结合本课题组的相关研究工作,综述了近年来人们在该领域的研究进展,最后展望了其研究前景。     

基于Diels-Alder反应的热可逆交联聚乙烯的合成

分别以Ziegler-Natta催化剂和茂金属催化剂(rac-Et(Ind)_2ZrCl_2)引发乙烯/6-呋喃-1-己烯(FH)共聚合,合成了侧基含有呋喃取代基的聚乙烯。再以1,6-二马来酰亚胺基己烷(BMH)为交联剂,通过Diels-Alder反应制备了交联聚乙烯。利用~1H-NMR、DSC等对乙烯/FH共聚物结构进行了表征,利用FTIR、拉伸测试、蠕变实验等对交联聚乙烯的结构与性能进行测定。结果表明,通过改变马来酰亚胺与呋喃的比例可以调节聚乙烯的交联程度,同时Diels-Alder反应的热可逆性赋予交联聚乙烯重复加工性。     

基于水中的Diels-Alder反应制备水凝胶的研究

首先通过N,N-二甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸糠酯的自由基共聚合成了水溶性的大分子双烯体,然后通过聚乙二醇与N-甘氨酸马来酰亚胺的缩合反应合成了水溶性的大分子亲双烯体,接着,将合成的大分子双烯体与亲双烯体溶解于水中,通过水中的Diels-Alder反应合成了水凝胶,考察了不同温度下的凝胶化时间。研究发现凝胶化时间与温度有很大关系,温度越高,凝胶化时间越短。且合成的水凝胶在水中比较稳定,水中回流8h,凝胶并没有消失。但在DMF中,容易发生逆Diels-Alder反应。本文对合成的水凝胶进行了表征,并探讨了该凝胶体系在药物控释方面的应用。     

Diels-Alder型自修复聚氨酯胶粘剂的制备及其性能

目前,针对珍贵零件粘接后难以回收重复使用的问题,将可逆共价键引入胶粘体系成为解决问题的方向。研究使用糠醇(FA)和N,N′-(4,4′-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BMI)制备了含有Diels-Alder(DA)键的二元醇(DA diol),使用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)分别与聚四氢呋喃二醇(PTMG-2000)和DA diol反应封端,最后使用1,1,1-三(羟甲基)丙烷(TMP)与封端产物反应形成交联结构的聚氨酯材料(DPU)。结果表明,DPU具备优异的机械性能、热稳定性和粘接性能。DA键在DPU中具有可逆性且DA逆反应(r-DA)的最佳温度为135℃。DA键含量最多的DPU-Ⅳ的修复效率最高可达到89.0%。DPU-Ⅲ、DPU-Ⅳ粘接性能优异,对不锈钢粘接的剪切强度分别可达到(6.41±0.41)和(2.89±0.34) MPa;DPU-Ⅳ具有重复粘接使用的能力,对不锈钢基材重复粘接的3次的剪切强度分别为(2.89±0.34)、(1.91±0.15)和(1.68±0.20) MPa。粘接性能测试体现出胶膜自身强度与粘接的剪切强度、修复效率与重复粘接能力间的相关性。     

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%.     

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...     

Flexible Self-healing Cross-linked Polyamides Synthesized Through Bulk Michael Addition,Polycondensation, and Diels-Alder Reaction

Three new thermally responsive self-healing cross-linked polyamides(cPA-FU-DAs) with good tensile strength and toughness were synthesized through bulk Michael addition, polycondensation, and Diels-Alder reaction. Unlike common stable polymers, cPA-FU-DAs can seal cracks by mere heating. First, the Michael addition of methyl acrylate and furfurylamine was conducted, and a furfurylamine-diester(FU-DE) was prepared. FU-DE was transformed into polyamide prepolymers that contained furfuryl pendant groups(PA-FUs) through bulk polycondensation with a poly(propylene glycol)(PPG) diamine and a PPG triamine. PA-FUs were crosslinked by bismaleimide, and cPA-FU-DAs were prepared. The Michael addition was monitored by Fourier transform infrared spectroscopy and electrospray ionization mass spectroscopy. The reverse DA reaction of the cPA-FU-DAs was demonstrated by differential scanning calorimetry and dissolution property. Their thermally self-healing properties were verified by polarizing optical microscopy and tensile test. The cPA-FU-DAs exhibited good mechanical properties and high self-healing efficiency. They self-healed at 130℃. The tensile strength after repairing was up to 19 MPa with self-healing efficiency reaching 92%.     

Diels-Alder反应可控制备交联等规聚丙烯

交联改性可以提升聚合物材料的机械性能、热稳定性及化学稳定性。 含有蒽基团的高质均分子量等规聚丙烯(iPP)可由配位共聚合反应制得,随后通过双官能的马来酰亚胺试剂与iPP中悬挂蒽基团间的Diels-Alder反应可以成功制备交联的iPP膜材料。 材料的交联度可以通过凝胶重量分析及膜红外分析得出,并由制备过程中交联剂的加入量有效地调控。 通过示差扫描量热仪(DSC)与广角X射线衍射仪(WAXD)表征发现,随交联度增加,交联改性限制了分子链的运动,iPP的结晶度逐渐降低、结晶能力逐渐下降。 对交联材料的动态热机械分析仪(DMA)测试表明,随交联度增加,iPP的损耗模量逐渐降低,材料韧性变差。 交联iPP的T_g逐渐升高,说明材料的耐热性得到提升。 由于交联形成了聚合物链间的交联网络,形成了更多受力点并且限制了聚合物链的自由移动,交联材料的拉伸强度随交联度的升高而增加,而断裂伸长率逐渐下降。     

A Robust Self-healing Polyurethane Elastomer Enabled by Tuning the Molecular Mobility and Phase Morphology through Disulfide Bonds

Elastomers with outstanding strength, toughness and healing efficiency are highly promising for many emerging fields. However, it is still a challenge to integrate all these beneficial features in one elastomer. Herein, an asymmetric alicyclic structure adjacent to aromatic disulfide was tactfully introduced into the backbone of polyurethane(PU) elastomer. Specifically, such elastomer(PU-HPS) was fabricated by polycondensing polytetramethylene ether glycol(PTMEG), isophorone diisocyanate(IPDI) and p-hydroxydiphenyl disulfide(HPS) via one-pot method. The molecular mobility and phase morphology of PU-HPS can be tuned by adjusting the HPS content. Consequently, the dynamic exchange of hydrogen and disulfide bonds in the hard segment domains can also be tailored. The optimized sample manifests outstanding tensile strength(46.4 MPa), high toughness(109.1 MJ/m3), high self-healing efficiency after fracture(90.3%), complete scratch recovery(100%)and good puncture resistance. Therefore, this work provides a facile strategy for developing robust self-healing polymers.     

Diels-Alder Reaction of Hedychenone and Maleic Anhydride

SeveraIditerPenoidswithantitum0ractivity,includinghedychenonel,afiJranoidcompound,werepreviouslyis0latedfr0mHetychiumgenus'.Inattemptt00btains0mediterPen0idderivativeswithhigherantitum0ractivity,Diels-Alderreactionoflwithmaleicacidanhydride2wasintr0ducedt0getsomeanalogues0fcantharidin3,anantitUm0rmedicineinclinicaluse.Reaction0flandexcessive2at0Cinchloroformgavetw0thermodynamicaIlydominatedexoadducts4and5,togetherwithamixtureoftWokinetical1ydominatedendoadducts6and7.Whenthereacti0nwasc0ndu…     

AM1法研究取代乙烯与环已-1，3-二烯热加成

用ＡＭ１方法（采用非限制的Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ ＵＨＦ计算）研究取代乙烯ＣＨ２＝ＣＨＲ（Ｒ＝ＣＨ３，ＣＨＯ和ＣＮ）与环己－１，３－二烯的热Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ加成反应，结果表明，反应存在协同途径和两条自由基途径。     

狄尔斯-阿尔德反应催化剂

狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)可以构建结构丰富的有机化合物,被认为是现代有机化学中的基石反应之一。自1928年被发现以来,Diels-Alder (D-A)反应得到了深入发展,这主要是由于该反应能够产生六元环结构,可以一步反应得到具有四个立体中心的产物,从而大大增加分子的复杂性。这种特殊的转化已广泛应用于复杂天然产物的合成、药物化学以及材料科学等领域。近十年,大量天然生物酶(如SpnF、MaDA等)被发现可用于体外单独催化D-A反应,同时,大量的非酶催化剂(如路易斯酸、过渡金属与配体复合物等)也被应用于催化D-A反应。本文主要从D-A反应催化剂的类型分类,对近年来天然酶、酸、过渡金属、电催化等参与的D-A反应进行简要概述,同时对催化剂所存在的问题和局限性进行总结,并对今后发展做了展望。