带你了解3-羟甲基苯硼酸

发布日期:2023/11/15 8:33:35

简述

3-（羟基甲基）苯硼酸是一种分子式为C₇H₉BO₃，分子量151.96的化学物质，表现为白色粉末。该化合物可以作为硼亲和功能化材料的功能单体，可以使用羧基，氨基，巯基或醛基对原有的多孔性基底材料进行修饰，增强其对羟基化合物的亲和作用力，而且可以在更宽的pH范围内工作，很好的弥补了目前硼亲和材料所面临的问题[1]。

3-羟甲基苯硼酸.jpg

有关研究

自修复聚氨酯的合成

聚氨酯发明于1930年，如今在生活的方方面面应用广泛，例如装饰，汽车，衣服，鞋子，弹性体，涂层，墙壁，屋顶隔层，桥梁和管道运输等，在现代社会生活中起着十分重要的作用。然而，传统的不可逆交联导致聚氨酯材料在局部受到损伤后难以自主愈合，导致受损的聚氨酯材料被无法回收，造成了严重的资源浪费和环境污染。自修复材料是在一定条件下能够自发恢复其性能的一类材料，可以有效解决这一问题。

实验研究表明，可逆共价键作为一类能在外界条件刺激下能在“断裂”与“重组”之间循环的共价键，可以在基于动态共价键之间循环的基础上，实现交联的聚合物通过分子层面上的拓扑结构变化实现聚合物材料的自修复。在这之中，具备硼酸酯结构的3-羟甲基苯硼酸便可以作为原料来设计和制备自修复和形状记忆高分子材料。

针对现有聚氨酯存在的技术问题，通过分子内的氮硼配位，可以提升聚氨酯材料的机械性能和自修复能力，同时分子内的氮硼配位赋予了材料的耐水性、耐热性以及可回收能力。

基于内配位的硼酸酯基自修复聚氨酯[2]的制备方法具体包括以下步骤：

1）含功能性基团的3-羟甲基苯硼酸和含功能性基团的邻二醇单体加入有机溶剂中，在温度25～60℃下，缩合反应0.5～2h生成小分子扩链剂；

2）将聚二醇和二异氰酸酯分别加入有机溶剂中混合，在温度60～80℃下，反应3.5～5h制备生成聚氨酯预聚体；

3）将步骤1)的小分子扩链剂与步骤2)的聚氨酯预聚体按0.95～1：1摩尔比混合，在温度60～80℃下，发生扩链反应3～5.5h，得到聚氨酯初聚物；

4）将交联剂与聚氨酯初聚物按照摩尔比0.01～0.2：1混合，在温度60～80℃下，反应1～3h，制得目标产物。

与现有技术相比，上述合成工艺通过3-羟甲基苯硼酸和邻二醇的缩合反应制备具有可逆的硼酸酯环小分子扩链剂，将小分子扩链剂与聚二醇进行反应将基于分子内的氮硼配位的硼酸酯基团引入聚氨酯主链中，使用交联剂进行交联，制备基于硼酸酯键的自修复聚氨酯材料，并且通过调控小分子扩链剂与聚二醇或预聚物与交联剂之间的摩尔比，可以调控该聚氨酯材料的主链的性能以及其交联密度，使其具有强韧的力学性能和良好的自修复能力，耐水性，耐热性以及可回收能力。在制备过程中，3-羟甲基苯硼酸中的苯硼酸基与邻二醇缩合反应，氨基或羟基与异氰酸酯基团反应，操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。

自修复聚氨酯的性质研究

将经上述实验步骤制备得到的聚氨酯样条切断，再将分开的两部分聚氨酯拼接在一起，在烘箱内90℃愈合6h时间；愈合后的哑铃状样品通过拉伸实验得到自修复聚氨酯的自修复应力-应变曲线，再与实施例1原始的哑铃状样品(未切断修复前)的拉伸数据进行比较(原始样片的拉伸数据参考试验2)；聚氨酯材料在90℃下自修复6h后，自修复后拉伸强度为15.4mpa，断裂伸长率为22.8％，自修复效率为27.78％。该自修复效率看似较小，但考虑到力学性能，仍远远优于同类产品。

从合成得到的聚氨酯材料的耐水性测试结果可知，即使长时间在高温下浸泡24h，该物质的拉伸强度仍为27.8mpa，断裂伸长率为91.1％。因此，我们认为虽然水分子对硼酸酯的影响依然存在，但分子内的氮硼配位使硼酸酯的稳定性大大增加，这将有助于材料的稳定性。