基于氢键作用的超分子聚合物的制备及性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhijie882008
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超分子聚合物是通过非共价键作用相互结合形成的聚合物。其中包括基于氢键作用的超分子聚合物,而2-脲基-4-嘧啶酮(UPy)的四重氢键体系就是通过氢键作用将聚合物结合在一起,从而赋予聚合物许多特殊的性能,例如自愈合性能等。因此,超分子聚合物在分子机器、细胞识别、药物缓释、生物传感等方面有着重要的应用。聚异戊二烯弹性体(PI)是异戊二烯单体通过催化剂作用聚合得到的一种通用合成橡胶,由于其化学组成与天然橡胶相差无异,都具有比较好的力学强度,自粘性较好。因此选用聚异戊二烯弹性体作为超分子聚合物制备对象。聚乙烯醇(PVA)作为一种水溶性高分子,常用于医疗卫生等领域,具有良好的生物相容性。纳米纤维素力学性能较好,也具有高度透光性、绿色环保可再生等优点,还易降解尤其是在生物降解方面,而纳米纤维素的高取向和高结晶度还可以赋予材料高强度,较低的热膨胀系数,较好的透光度等性能。因此对纳米纤维素进行氨基甲酸酯化改性并且制备聚乙烯醇/改性纳米纤维素复合材料。本文利用基于2-脲基-4-嘧啶酮(UPy)的四重氢键体系,采用了两种方法对聚合物进行改性,一是通过本体负离子聚合的方法,得到UPy改性的聚异戊二烯;二是通过改性纳米纤维素(CNC)的方法,得到聚乙烯醇和UPy改性纳米纤维素的复合材料。本课题具体内容有以下两个方面。(1)UPy改性聚异戊二烯的制备。通过阴离子聚合的方式制备端羟基聚异戊二烯(PI-OH),然后分别合成端异氰酸酯基聚异戊二烯(PI-NCO)、UPy封端的聚异戊二烯(PI-UPy)。在红外光谱图中,PI-NCO中的2276 cm-1处-NCO的特征峰在PI-UPy中消失,3326 cm-1处出现明显氢键的特征峰;在变温红外光谱中,3349cm-1波长处的谱带随温度的上升而向波数高的方向有位移产生等,都说明了PI-NCO和PI-UPy的成功制备以及氢键的生成。TGA结果表明,PI-UPy的热分解速率相对较慢;DMA结果表明,PI-UPy的玻璃化转变范围为-30℃至-10℃;拉伸实验结果表明,PI-UPy的拉伸强度和断裂伸长率分别为1.0 MPa和5.5%,反映了PI-UPy良好的力学性能。同时,自愈合实验也展现出PI-UPy的自愈合效果。(2)聚乙烯醇/CNC-UPy复合材料的制备。利用纳米纤维素的羟基进行基于四重氢键作用的UPy体系的氨基甲酸酯化改性。然后将UPy改性过后的纳米纤维素添加到聚乙烯醇水溶液中,制备复合材料。从红外光谱分析,2270 cm-1处-NCO特征峰消失,说明CNC-UPy的成功合成。XRD结果说明,对CNC进行UPy改性没有改变纤维素的结构,同时能提高其结晶度。TGA结果表明,少量CNC-UPy的加入,有利于PVA/CNC-UPy复合材料的热稳定性得到提高。动态力学测试数据说明,CNC-UPy的比例越高,该复合材料的内耗越小,因此说明材料的刚性越好。从而反映了PVA/CNC-UPy复合材料良好的力学性能。同时,自愈合性能测试也展现了聚乙烯醇复合凝胶具有良好的自修复性能。
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