吡啶基聚氨酯的制备及其自修复性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.05.009

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (5): 47-52.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.05.009

吡啶基聚氨酯的制备及其自修复性能研究

罗军¹, 黄宏升², 叶晓兰¹, 任军¹, 聂胜强¹, 王壹¹, 张春梅¹, 刘渊¹()

^1.贵阳学院材料磨损与腐蚀防护贵州省教育厅特色重点工程中心，贵阳 550005
^2.贵州理工学院化学与工程学院，贵阳 550003

收稿日期:2022-01-17 出版日期:2022-05-26 发布日期:2022-05-26
通讯作者: 刘渊（1983—），男，教授，从事自修复聚氨酯材料研究，hx0030@gyu.edu.cn
E-mail:hx0030@gyu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(21963006);贵州省教育厅拔尖人才项目(黔教合KY字［2020］036);贵州省高层次创新型人才项目(GYU?2018?LY);贵州省科技计划项目（黔科合基础?ZK［2022］重点002），贵州省普通本科高等学校工程研究中心(黔教合KY字［2012］023号);贵阳学院博士科研启动经费项目（GYU?KY?［2021］），贵州省大学生创新创业项目(202110976012);贵阳学院大学生创新创业项目

Preparation and self⁃healing performance of pyridine⁃containing polyurethane

LUO Jun¹, HUANG Hongsheng², YE Xiaolan¹, REN Jun¹, NIE Shengqiang¹, WANG Yi¹, ZHANG Chunmei¹, LIU Yuan¹()

^1.Guizhou Provincial College Special Engineering Center for Materials Protection of Wear and Corrosion，Guiyang University，Guiyang 550005，China
^2.School of Chemical Engineering，Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550003，China

Received:2022-01-17 Online:2022-05-26 Published:2022-05-26
Contact: LIU Yuan E-mail:hx0030@gyu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为探究氢键对聚氨酯性能的影响，以聚四氢呋喃、异氟尔酮二异氰酸酯、4，4’?二羟基联苯（HBD）和N³，N⁵?双（4?羟基苯基）吡啶?3，5?二甲酰胺（HPD）制备了2种类型的聚氨酯，并利用红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TG）、万能力学试验机等对2种聚氨酯的化学结构、热稳定性、力学性能和自修复性能等进行了表征和测试。结果表明，2种聚氨酯均表现出了优异的自修复性能；60 ℃下，两者均30 min即可完成自修复；相较于以HBD为扩链剂制备的聚氨酯，以含有吡啶基团和酰胺基团的扩链剂（HPD）制备的聚氨酯表现出更优异的力学性能（拉伸强度为1.2 MPa）、更优异的热稳定性能（热降解活化能为230.3 kJ/mol）及更高的残炭率（800 ℃残炭率约为5 %）。

关键词: 吡啶, 酰胺, 氢键, 聚氨酯, 自修复

Abstract:

To explore the effect of hydrogen bonds on the properties of polyurethane， two types of polyurethanes were synthesized using polytetrahydrofuran， isophorone diisocyanate， 4，4’?dihydroxybiphenyl， and N³，N⁵?bis（4?hydroxyphenyl）pyridine?3，5?diformamide as raw materials. Their chemical structure， thermal stability， mechanical properties， and self?healing properties were investigated by Fourier?transform infrared spectroscopy， thermogravimetry analysis， and a universal material testing machine. The results indicated that the two polyurethanes presented excellent self?healing performance， and both of them could completely self?heal the damages after healing at 60 ℃ for 30 min. As a chain extender， the polyurethane synthesized with N³，N⁵?bis（4?hydroxyphenyl）pyridine?3，5?dicarboxamide exhibited a better mechanical property than that with 4，4’?dihydroxybipheny， exhibiting higher tensile strength of 1.2 MPa， superior thermal stability with thermal degradation activation energy of 230.3 kJ/mol， and a higher carbon residual yield of 5 wt% at 800 oC.

Key words: pyridine, amide, H?bond, polyurethane, self?healing

中图分类号:

TQ323.8

罗军, 黄宏升, 叶晓兰, 任军, 聂胜强, 王壹, 张春梅, 刘渊. 吡啶基聚氨酯的制备及其自修复性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 47-52.

LUO Jun, HUANG Hongsheng, YE Xiaolan, REN Jun, NIE Shengqiang, WANG Yi, ZHANG Chunmei, LIU Yuan. Preparation and self⁃healing performance of pyridine⁃containing polyurethane[J]. China Plastics, 2022, 36(5): 47-52.

图/表 11

图1 HPD制备方程式

Fig.1 Synthesis equation of HPD

图2 PPU和BPU的制备方程式

Fig.2 Synthesis equation of PPU and BPU

图3 HPD的1H?NMR谱图

Fig.3 1H?NMR spectrum of HPD

图4 HPD的13C?NMR谱图

Fig.4 13C?NMR spectrum of HPD

图5 BPU和PPU的FTIR谱图

Fig.5 FTIR spectra of BPU and PPU

图6 BPU和PPU羰基区域红外光谱的分峰拟合

Fig.6 Peak fitting of carbonyl region of FTIR spectra of BPU and PPU

图7 BPU和PPU的应力?应变曲线

Fig.7 Stress?stain curves of BPU and PPU

图8 BPU和PPU在不同升温速率下的TG和DTG曲线

Fig.8 TG and DTG curves of BPU and PPU at different heating rates

图9 BPU和PPU的热降解动力学曲线

Fig.9 Thermal degradation kinetic curves of BPU and PPU

图10 自修复后PPU和BPU的应力?应变曲线

Fig.10 Stress?stain curves of PPU and BPU after self?healing

图11 PPU和BPU自修复前后的照片

Fig.11 Photos of PPU and BPU before and after self?healing

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Preparation and self⁃healing performance of pyridine⁃containing polyurethane

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