高分子生物材料1-2生物降解型环氧树脂的制备与表征 材料学专业VIP免费

生物降解型环氧树脂的制备与表征摘要生物降解型高分子材料在当下越来越受到重视，其中生物降解型的热固性树脂更是因为其种类稀少、需求巨大而备受重视。本次实验采用可降解高分子材料PCL作为骨架材料合成了一种新型的生物降解性环氧树脂材料。在实验中首先通过控制了引发剂与单体配比的己内酯开环聚合反应制备了低分子量的双端羟基PCL，然后通过乙二醇和环氧氯丙烷在强碱性条件下的取代反应制备了环氧单体乙二醇二缩水甘油醚，最终通过PCL和环氧单体的固化反应得到了PCL生物降解型环氧树脂。此外，利用傅里叶红外光谱等手段对各步反应的产物及中间产物进行了表征，对各步产物的结构进行了测定。关键词：开环聚合；PCL；生物降解；环氧树脂第1章绪论1.1研究背景在环境问题日益严峻的当前，对于新型生物降解型高分子材料的需求也越来越迫切。环氧树脂作为高分子材料中的一员，应用同样十分广泛，但目前的生物降解型高分子材料多为热塑性树脂，对于作为热固性树脂的环氧树脂研究较少。目前已经成功制得的生物降解型环氧树脂种类寥寥可数，其中绝大部分又因为合成工艺复杂、合成难度大、原料成本高等问题很难得到广泛的应用。因此，对于生物降解型环氧树脂的研究在目前尤为重要。环氧树脂(EpoxyResin)是指分子结构含有两个或两个以上环氧基团的有机物，并能通过环氧基团与多种固化剂发生交联反应形成热固性高分子材料的预聚物(Oligomer)预聚物状态下的环氧树脂大多数情况为液态，力学性能差，只有经过固化交联后成为三维网络结构的固化环氧树脂材料，才能转变为热固性树脂，从而具备更为优良的各项力学性能。生物降解型环氧树脂具备很多优点，应用领域十分广泛。由于固化后的环氧树脂分子结构中具有大量的醚键和羟基等强极性的官能团，故其对于金属和非金属材料的表面具有良好的粘接性，经常被用作胶黏剂。1.2实验方法本次实验采用三步法合成固化的PCL生物降解型环氧树脂。第一步通过乙二醇EG引发己内酯ε-CL的开环聚合，首先合成出低分子量的双端羟基聚己内酯（HO-PCL-OH）作为材料骨架结构以及环氧固化剂；第二步利用乙二醇与环氧氯丙烷ECH的取代反应制备乙二醇二缩水甘油醚作为环氧单体；最后，用制备的HO-PCL-OH在三氟化硼乙醚存在条件下对乙二醇二缩水甘油醚进行固化得到我们所需要的PCL生物降解型环氧树脂。采用双羟基封端的低分子量PCL合成聚氨酯的报道已经有很多，但尚未有关于用PCL合成环氧树脂的报道，我们的实验非常具有创新性和应用价值第2章低分子量HO-PCL-OH的制备与表征2.1引言聚己内酯（PCL）是一种典型的热塑性可降解塑料，它可以通过己内酯ε-CL的开环聚合得到，该反应具有转化率高、产物分子量分布窄等优点。作为一种可降解塑料，聚己内酯具有良好的热稳定性，并且它的降解产物为CO2和H2O，对人体和环境无毒无害，可以应用在诸多领域。为了实现合成生物降解型环氧树脂的目标，我们希望将PCL这种性能优异的可降解塑料作为这种环氧树脂材料的骨架结构。为了能够得到具备交联结构的环氧树脂材料，我们希望PCL的双端都具备1可反应基团，比如羟基、羧基等，因此我们决定采用具有双官能度的引发剂乙二醇进行引发，从而能够得到双端羟基的PCL。而环氧树脂的各项力学性能与其交联密度有着密切的联系，为了得到力学性能优良的环氧树脂材料，而单体的分子量又在很大程度上决定着所制备的环氧树脂的交联密度。因此，我们需要为PCL确定一个合适的分子量。经过计算对比分析，我们发现目前应用成熟的环氧树脂材料其单体分子量大约在600-1000之间。据此，我们确定当乙二醇分子两侧各连接有三个己内酯分子时，低聚物的相对分子量达到746，此时PCL的分子量最为合适。我们通过反应物的配比EG:CL=1:6，来限制产物的分子量，从而得到所需分子量的HO-PCL-OH。2.2实验部分2.2.1实验原料本实验原料如表2-1所示表2-1实验原料试剂名称纯度及参数生产厂家己内酯ε-CL分析纯AR美国西格玛奥德里奇公司氢化钙CaH2分析纯AR国药集团化学试剂有限公司四氢呋喃THF分析纯AR国药集团化学试剂有限公司乙二醇EG分析纯AR国药集团化学试剂有限公司辛酸亚锡Sn(Oct)2分析纯AR北京百灵威科技有限公司石油醚(Ⅱ)...