基于氢键构筑的有机硅超分子聚合物的合成、结构与性能研究

论文摘要

超分子聚集体作为一个潜在的、有趣的环境响应性智能材料,在聚合物科学中引起了很大的研究兴趣。他们是由低或者高摩尔质量分子或者传统聚合物,通过非共价键可逆自组装形成。各类非共价相互作用均可用于制备超分子聚合物,如：氢键,π-π堆积作用,静电作用,范德华力,金属配位等。在这些相互作用中氢键结合诸如π-π堆积作用等其他非共价键作用,由于其方向性和多样性,在设计新颖聚合物以及控制和提高聚合物材料性能方面有着非常重要的作用。有机硅高分子是第一个在工业上得到应用的元素有机高分子,也是元素有机高分子领域中发展最快的一个分支,它呈现了许多独特的优异性能。基于氢键构筑的有机硅超分子聚合物,是有机硅化学的一个崭新领域,具有广泛的应用价值。本论文主要研究了基于氢键构筑的有机硅超分子聚合物的合成、结构与性能。分两个部分进行了研究：一是合成了一种由线性聚硅氧烷通过弱的氢键超分子自组装而成的新的热敏性材料（PDMS-SMA）。它是由2-N-吡啶基丁酰胺酸和端氨丙基聚硅氧烷酰胺化反应制得。研究证明了该聚集体中分子间氢键、π-π堆积、相分离结构的存在,并获得了可能的自组装结构。这些结构的存在是制备热敏性的材料的关键。此外,通过在不同温度下流变性能的比较,可以看到其流变性能强烈依赖于末端自组装单元。研究还表明分子量的不同对有机硅超分子聚集体热性能没有大的影响,但对室温下聚集体的形态有着明显的影响。此部分研究为制备热敏性材料和智能材料提供了重要设计参数,因为可以通过调节末端官能团的断裂速率以及硬段和软段的不相容性,来改变体系的平衡或结合常数。二是合成了一种新的基于强氢键相互作用的有机硅可塑性弹性体。我们使用了目前修饰超分子聚合中最为经典和成功之一的单元,强的二聚脲基嘧啶酮（UPy）四重氢键单元作为物理交联剂。通过差示扫描量热法和力学测试来研究该弹性体的性能。结果表明端氨基硅油的平均分子量对弹性体的力学性能有着很大影响,找出了一种制备较好力学性能弹性体的合适分子量的端氨基硅油。也就是说,通过改变UPy单元在聚合物骨架中的数目可以调整材料的性能。此外,也可以通过改变含氢键基团的间隔基来调整材料的性能。基于氢键构筑有机硅超分子聚合物的合成、结构与性能的研究,为制备具有较好性能的先进材料,提供了实验和理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚硅氧烷概述
• 1.1.1 聚硅氧烷的结构和特点
• 1.1.2 聚硅氧烷的合成
• 1.1.3 氨烃基聚硅氧烷的研究进展
• 1.2 氢键自组装
• 1.2.1 氢键
• 1.2.2 基于氢键构筑的有机硅超分子聚合物的研究进展
• 1.2.2.1 主链型氢键有机硅超分子聚合物的研究进展
• 1.2.2.2 侧链及网络型氢键有机硅超分子聚合物的研究进展
• 1.3 课题的主要内容和研究意义
• 第二章 热敏性聚硅氧烷超分子聚集体的合成、结构与性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 测试仪器及方法
• 2.2.3 热敏性聚硅氧烷超分子聚集体的制备
• 2.2.3.1 2-N-吡啶基丁酰胺酸的合成（PSAA）
• 2.2.3.2 线性遥爪聚硅氧烷超分子聚集体的合成（PDMS-SMA-1,PDMS-SMA-2）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外谱图分析
• 1HNMR谱图分析'>2.3.2¹HNMR谱图分析
• 2.3.3 经典MD模拟与DFT计算
• 2.3.4 热性能
• 2.3.5 流变性能
• 2.3.6 原子力显微镜
• 2.4 本章小结
• 第三章 可塑性聚硅氧烷弹性体的合成、结构与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 测试仪器及方法
• 3.2.3 可塑性聚硅氧烷弹性体的制备
• 3.2.3.1 不同分子量端氨基硅油的合成
• 3.2.3.2 2-氨基-5-（2-羟乙基）-6-甲基嘧啶-4-羟基（HMIC）的合成
• 3.2.3.3 含UPy结构单元（HDI-UPy-HDI）的合成
• 3.2.3.4 可塑性嵌段有机硅弹性体（HDI-UPy-HDI-PDMS）的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 平均分子量测定
• 3.3.2 力学性能
• 3.3.3 热性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表