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聚氨酯体系的结构与性能的关系的研究一直是科学界和应用工业部门所共同关注的课题,其中,通过对聚氨酯进行结构改性而实现聚氨酯的高性能化和功能化,更加吸引了广泛的研究兴趣。本论文通过设计并合成疏水的耐水解性的聚酯多元醇,并将其引入聚氨酯体系,研究结构与性能的关系。另外,本文通过设计并合成肉桂酸基的光敏基团,并将其引入聚氨酯体系,研究结构与光刺激响应性的关系。具体包括以下内容:
1)将含疏水脂肪烃结构的天然可再生资源二聚酸和高位阻因子的新戊二醇缩聚反应得到二聚酸型聚酯多元醇。通过调节二聚酸占混合二元羧酸的含量和OH/COOH的摩尔比例合成得到分子量约为2000的不同二聚酸含量的聚酯多元醇。
2)采用丙酮法,以二聚酸型聚酯多元醇为原料合成水性聚氨酯。采用ATR-FTIR表征水性聚氨酯的化学结构。随着二聚酸含量的增加,烃基的不对称和对称伸缩振动吸收峰发生红移,并且吸收峰强度均增强。系统地研究了二聚酸含量对水性聚氨酯的性能的影响。研究结果表明,二聚酸引入水性聚氨酯体系,可以提高表面疏水性、耐水性、耐水解性和热稳定性,但是这些性能不随二聚酸含量的增加而单调的增加。另一方面,含二聚酸结构的水性聚氨酯具有较低的力学性能和耐甲苯性,这是由于二聚酸的异质性。二聚酸占混合二元酸100wt%的水性聚氨酯涂膜浸泡在特定的溶剂中可发生分层现象。DSC分析表明,随着二聚酸含量的增加,水性聚氨酯的微相分离程度变大。
3)将异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体热固化得到不同交联密度和不同二聚酸含量的交联聚氨酯。采用FTIR表征交联聚氨酯的化学结构。系统地研究了二聚酸含量对交联聚氨酯的表面疏水性、耐水性、耐水解性、耐甲苯性、力学性能和热性能的影响。结果表明,随着二聚酸含量的增加,交联聚氨酯膜的表面疏水性、耐水性和耐水解性和热稳定性逐渐增加。在交联密度相对较高的交联聚氨酯体系,二聚酸引入聚氨酯可以提高材料的耐甲苯性。另外,随着二聚酸含量的增加,二聚酸异质性对力学性能的不利影响不显著。有趣的是,随水解时间的延长,含较多疏水二聚酸结构的交联聚氨酯膜的力学性能几乎不降低,甚至水解一定时间后力学性能增强。
4)合成两种光敏基团丙烯酸(肉桂酰氧乙基)酯(CEA)和1,4-二肉桂酰氧基丁烷(CBC),并采用FTIR、1H and13C NMR、DSC、MS和UV方法对这两种光敏基团结构的进行表征。将碳碳双键封端的聚氨酯预聚体与CEA自由基共聚合反应得到聚氨酯丙烯酸酯杂化体,并采用1H NMR和UV方法对其结构表征。结果表明,聚氨酯丙烯酸酯杂化体分子结构中含有光敏基团肉桂酸基团。
5)合成双羟基的肉桂酸基的光敏基团2-肉桂酰氧基-1,3-丙二醇(CP)。采用FTIR、1H and13C NMR、DSC、MS和UV方法表征中间体2-苯基-5-肉桂酰氧基-1,3-二氧六环(PCD)和CP。