课题基金 / 基金详情

基于桐油/松香的自修复聚氨酯动态可逆交联网络构建及调控机制

批准号:
32071712
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张猛
学科分类:
草培育、保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张猛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
我国林业特色资源松香和桐油高附加值利用率低,开辟高端应用新领域迫在眉睫;本项目拟以松香、桐油等为原料,采用Diels-Alder加成、Friedel-Crafts烷基化等手段引入热可逆酚型氨酯键和氢键制备一系列结构新颖的软硬单体和动态交联网络自修复聚氨酯材料;着重考察材料自修复时吸放热行为、结构化学位移、分子量分布等热可逆特征及修复后形貌和性能变化,探明官能团定向转化机制,松香刚性菲环、桐油柔性长链及天然酚含量,软硬段比例,热可逆键引入等对材料结构、性能影响规律及双重自修复协同机理等科学问题,获得具有高生物质含量、高自修复率和优良力学性能的聚氨酯材料有效制备方法;本研究将进一步拓展林产资源高效化学转化理论体系,为林产资源高值化和高分子材料循环利用开辟新的途径。
英文摘要
Rosin and tung oil are important and abundant forest products in China. Both are used in a wide variety of applications, but their high-value utilization still remains at a relatively low level. It is necessary to explore other higher value products. In this project, a series of rosin- and tung oil-based soft and hard monomers and dynamic crosslinking network self-healing polyurethane with novel structures will be prepared by Diels-Alder addition, Friedel-Crafts alkylation and other methods, while the self-healing mechanism is introduced through phenolic urethane bonds and hydrogen bonds, which both with the thermoreversible characteristic. The objectives of this project include: 1) investigate the thermoreversible characteristics such as heat absorption and exothermic behavior, structural chemical shift, molecular weight distribution, etc., and changes in morphology and performance after repair; 2) explore the scientific problems such as the oriented conversion mechanism of functional groups, the content of the rigid phenanthrene ring of rosin, the flexible long chain of tung oil and natural phenols, the proportion of soft and hard segments, the introduction of thermoreversible bonds on the structure and performance of polyurethane, and the synergetic mechanism of double self-healing; 3)obtain an effective preparation method of polyurethane with high biomass content, high self-healing rate and excellent mechanical properties. This research will further expand the theoretical system of efficient chemical conversion of forest products and open up new ways for the high-value utilization of forest products and recycling of polymer materials.
我国松香、油脂等林业特色资源的应用以简单加工为主,高附加值利用率低,开辟高端应用新领域迫在眉睫。聚氨酯材料作为第五大合成高分子材料具有良好的机械、加工性能和热稳定性,广泛应用于胶黏剂、涂料、弹性体等领域。但在加工和使用过程中,不可避免地产生一定程度的损伤,导致使用性能下降。本项目面向问题和需求导向,模仿生物体损伤自修复机理进行材料结构设计,赋予生物基聚氨酯等材料自主修复能力以提高材料使用性能。项目组以松香、植物油、香草醛等林业生物质为原料,完成了多种生物基功能单体、生物基自修复聚氨酯等高分子材料的结构设计制备,对生物基功能单体、生物基自修复聚氨酯材料的物理和化学性质进行了分析研究。重点通过引入多重氢键、亚胺键、DA 键等多种可逆共价非共价键构建动态可逆共价网络高分子材料,赋予了生物基聚氨酯等高分子材料自修复、形状记忆、可回收、可重塑、可降解等功能特性;明确了松香等生物质分子特有结构及反应活性对动态可逆共价网络和自修复高分子材料性能的作用机制及材料力学性能和热稳定性与自修复效率的相互作用规律。材料可通过温和条件热压再加工,机械性能恢复率大于98%,涂层粘接强度达21.19 MPa。本项目研究将为高效、高附加值利用林产资源提供技术支撑,对开发生物基功能自修复高分子材料具有重要指导作用。发表论文14篇(第一标注8篇、第二标注6篇),其中SCI收录12篇;英文专著1章;申请国家发明专利6件,其中获授权4件;培养博士研究生1名、硕士研究生4名;项目负责人获得2023年梁希林业科技发明一等奖(排名第二),2022年江苏省333高层次人才培养工程,2023年全国林草科技创新青年拔尖人才、中国林业科学研究院杰出青年、江苏省科技副总等。
基于松香/桐油的闭环回收热固性聚合物构筑及循环再生机制
松脂基热可逆自修复聚氨酯材料的结构设计、制备及修复机理研究
协效阻燃型松香基聚氨酯硬泡结构设计及其构效关系研究
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