基于多重氢键作用的聚硅氧烷超分子弹性体的制备与表征

论文摘要

氢键型超分子弹性体（Supramolecular Elastomer, SE）是分子（大分子或小分子）间通过功能基团之间的多重氢键作用自组装形成的具有“交联”网络结构的一类新型超分子材料,可表现出与热塑性弹性体类似的性质:在常温下具有橡胶态高弹性;在高温下因氢键解离而失去交联作用,产生塑性流动,既便于加工,亦可重复使用和多次加工。本文首先以含氢硅油为原料,通过与十一烯酸甲酯进行加成,然后水解制备得到羧基封端的改性硅油（羧基硅油）。采用傅里叶红外光谱（FT-IR）及核磁共振氢谱（1H-NMR）等确认其合成过程;用变温红外证实了羧基硅油的端羧基间存在氢键作用;研究了羧基硅油在不同温度和浓度下的粘度特性,提出了相应的羧基硅油粘度模型,试图解释其在溶液中由于分子间氢键作用而具有的特殊自聚集特性。继而利用所合成的单、双和三羧基硅油的混合物先后与二乙烯三胺（DETA）、脲（Urea）反应成功合成了氢键型硅氧烷超分子弹性体（SESi）,并与文献中报道的以二聚酸（Dimer Acid, DA）为原料的二聚酸超分子弹性体（SEDA）进行比较。采用FT-IR和1H-NMR对SESi和SEDA的合成过程进行跟踪,确认了其反应机理;并采用DSC、DMA和XRD表征其结构,并结合其力学性能（蠕变、应力松弛、拉伸性能等）的分析,初步建立了其结构―性能关系,发现SESi和SEDA具有典型交联弹性体的特性,永久变形趋于零,且具有良好的自愈合能力。与SEDA相比,SESi中含有更加柔性的甲基硅氧烷结构,故其超分子链更柔顺,根据DMA及DSC测试结果表明,SESi玻璃化温度（Tg=-50℃）相对SEDA（Tg=26℃）下降了超过70℃,这使得SESi在常温甚至低温下都具有良好的高弹性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超分子弹性体概述
• 1.2 氢键型超分子弹性体
• 1.2.1 基于大分子间氢键型超分子弹性体
• 1.2.2 基于小分子（或低聚物）间氢键型超分子弹性体
• 1.3 配位键型超分子弹性体
• 1.4 离子键型超分子弹性体
• 1.5 聚硅氧烷概况
• 1.6 硅油的改性
• 1.7 羧烃基改性硅油
• 1.8 本课题研究的目的与意义、主要内容及创新之处
• 1.8.1 本课题研究的目的与意义
• 1.8.2 本课题的主要研究内容
• 1.9 本课题的创新之处
• 第二章 羧基硅油的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 试验仪器
• 2.2.3 羧基硅油的合成及其反应条件
• 2.2.4 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 羧基硅油制备过程的FT-IR 分析
• 2.3.2 羧基硅油制备过程的1H-NMR 分析
• 2.3.3 羧基硅油的变温红外测试分析
• 2.3.4 羧基硅油在溶液中自聚集形态的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 氢键型硅氧烷超分子弹性体的制备与研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 试验仪器
• 3.2.3 氢键型硅氧烷超分子弹性体的制备
• 3.2.4 测试方法及表征手段
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氢键型超分子弹性体的制备反应过程研究
• 3.3.2 氢键型硅氧烷超分子弹性体的氢键作用研究
• 3.3.3 氢键型硅氧烷超分子弹性体的XRD 分析
• 3.3.4 氢键型硅氧烷超分子弹性体的热力学分析
• 3.3.5 氢键型硅氧烷超分子弹性体的粘弹特性研究
• 3.3.6 氢键型硅氧烷超分子弹性体的机械性能研究
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见