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摘 要

热塑性聚氨酯弹性体是高分子里的嵌段高分子，它的硬段结构和它的软段结构的分布，使得聚氨酯材料，在使用中既可以充当塑料制品，又可以充当橡胶制品，使用领域很广。而自修复材料可以在无人工干预条件下，实现受损部位的自主修复。利用可逆共价键自修复原理，获取自修复聚氨酯，将会延长聚氨酯的使用时间，节省大量成本。稀土元素是指元素周期表中第三副族IIIB族钪（Sc）和钇（Y）及15个镧系元素的总称，稀土配合物与其他材料结合，不仅会赋予材料不曾有的光、电、磁等特性，还会影响材料的力学性能。

本次实验是制备拥有不同Sm稀土份数的Sm稀土配合物/聚氨酯复合材料，课题操作内容包括：

1. 通过在聚氨酯制备过程中加入扩链剂4,4’-二氨基二苯二硫醚（AFD），向聚氨酯链中引入可逆共价键二硫键，利用可逆共价键交换原理，制备拥有自修复性能的聚氨酯弹性体；
2. 通过简单掺杂法将Sm稀土配合物粉末与聚氨酯的溶液进行机械搅拌混合，待Sm稀土配合物粉末完全溶解分散在聚氨酯溶液里后，将样品固化成型。最后的样品利用拉伸曲线分析、动态力学曲线分析（DMTA）、荧光发射谱图分析和紫外-可见光谱分析，对样品进行性能的表征测试。

课题实验结果表明：Sm稀土配合物粉末的加入，只有在低温时（-20℃以下）才有增强聚氨酯强度的表现，而在常温下只能在一个小范围质量内的粉末有增强材料力学强度的表现，简单掺杂混合制备的实验样品，机械混合进入的Sm稀土配合物粉末起到的改性效果，更多的是减弱实验获得的复合材料的强度，无法达到加强的效果。在材料的荧光强度上，是随着粉末质量的增加而增强，如果想要获得不同荧光强度的改性聚氨酯，就可以通过添加不同质量的粉末来获得。而Sm配合物随着质量的增加，使材料的透光率越来越差，粉末在材料中的分散性越来越差，材料透明度越来越低。

关键词： Sm稀土配合物，聚氨酯，自修复，荧光特性

Preparation and Research of Functional EVA Thin Films

Abstract

Thermoplastic polyurethane elastomer is composed of hard segment and soft segment alternately, and the properties of thermoplastic polyurethane elastomer are between plastic and rubber, and the self-repairing material can repair the damaged part independently without artificial intervention. According to the principle of reversible covalent bond self-repair, obtaining subself-repair polyurethane will prolong the service time of polyurethane and save a lot of cost. Rare earth elements refer to the third sub-group of IIIB (Sc) and yttrium (Y) and 15 lanthanide elements in the periodic table. The combination of rare earth complexes with other materials will not only give the material light, electrical, magnetic and other properties. It will also affect the mechanical properties of the materials.

This experiment is to prepare self-repairing polyurethane with different proportion of Sm rare earth complex powder. The related preparation contents are as follows:

1. introduce reversible covalent disulfide bond into the polyurethane chain by adding chain extender 4,4 '-diaminodiphenylene disulfide ether (AFD) in the preparation process of polyurethane, and prepare polyurethane elastomers with self-repairing properties by using reversible covalent bond exchange principle;
2. the Sm rare earth complex powder was mechanically stirred and mixed with polyurethane solution by simple doping method. After the Sm rare earth complex powder was completely dissolved and dispersed in polyurethane solution, the sample was solidified and formed. Finally, the tensile properties test, dynamic mechanical properties test (DMTA), fluorescence properties test and UV-vis spectrum analysis were used to characterize the properties of the samples.

The experimental results show that the addition of Sm rare earth complex powder can enhance the strength of polyurethane only at low temperature (below-20 ℃). At room temperature, the powder can only enhance the mechanical strength of the material in a small range of mass. In the Sm rare earth complex / polyurethane composite prepared by doping method, the Sm rare earth complex powder is added. More is to weaken the strength of the composite, can not achieve the effect of strengthening. However, the fluorescence intensity of Sm rare earth complex / polyurethane composites increases with the increase of the content of Sm rare earth complex powder. However, the dispersion of Sm rare earth complex powder in polyurethane becomes worse with the increase of fraction, which leads to the worse transmittance of the final composite.

Keywords: Sm rare earth complexes, Polyurethanes, self-repair, fluorescence Properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 聚氨酯弹性体简介 2

1.3 稀土高分子简介 2

1.4 自修复高分子简介 3

1.5 国内外研究进展 4

第二章 实验部分 6

2.1 实验原料 6

2.2 实验所需的仪器与设备 6

2.3 实验样品制备 7

2.3.1 自修复聚氨酯的制备 7

2.3.2 Sm稀土配合物改性聚氨酯的制备 7

2.4 样品表征 8

2.4.1 样品的拉伸性能测试 8

2.4.2 动态力学性能分析（DMTA）.................................................. 8

2.4.3 紫外可见近红外分光光度计测试............................................. 8

2.4.4 荧光分析仪..................................................................................9

第三章 结果与讨论 10

3.1 改性聚氨酯拉伸性能测试结果对比与分析 10

3.2 动态力学分析（DMTA）结果与分析................................................11

3.3 改性聚氨酯荧光强度分析 13

3.4 改性聚氨酯紫外-可见透过光谱分析 14

第四章 结论 15

参考文献 16

致谢 18

第一章 绪论

1.1 课题背景

在1951年，是从美国开始，首先开发出了聚氨酯涂料，之后聚氨酯材料又发展了二十几年，又将初热塑性聚氨酯弹性体（TPU）研究成功，再下一个十年之后聚氨酯工程塑料开始大范围的发展。聚氨酯从合成成功到今天的二十一世纪，是高分子材料使用范围最广的材料，从生活用品到尖端科技，只要有高分子应用的地方，都少不了聚氨酯材料的使用身影^[2]。

而合成的高分子材料特别是高分子复合材料，本身的可应用范围就分外宽广。生活中常见的合成高分子通常来说就是常见的三种：即塑料，橡胶和纤维，而聚氨酯材料性能是介于塑料和橡胶之间，物理化学性能十分优异，但由于合成加工过程中，因为产品的不同，会加入不同的填料和助剂，最终材料的机械性能反而会有所下降^[9,13]，随着使用时间的延长，材料将会老化，出现裂纹，力学性能持续下降,大多数聚氨酯弹性材料，对机械损伤表现出很差的抵抗力。

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