聚酯型聚氨酯/二氧化硅复合材料及低硬度聚氨酯材料的制备与性能

论文摘要

聚氨酯（PU）是一种具有氨基甲酸酯链段重复结构的聚合物,具有很好的耐撕裂和耐磨损性,良好的抗臭氧和耐油性,应用广泛。气相二氧化硅（俗称白炭黑）具有粒径小、多孔、比表面积大、表面活性高等特性,可用于改善橡胶制品的性能。聚氨酯/二氧化硅（PU/SiO2）复合材料具有优良的机械性能和良好的耐热性能。聚氨酯材料的综合性能与其组成的多元醇、多异氰酸酯和扩链剂小分子二胺的种类有关,还与复合材料的微相结构密切相关。扩链剂3, 5-二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）与常用扩链剂MOCA相比,有常温下为液体,操作方便的优点,但是文献中报导不多,本文基于扩链剂DMTDA制备了PU/SiO2复合材料,含有不同交联密度微区的多交联聚氨酯材料,并考察了多交联体系PU/SiO2复合材料的性能以及不同交联方式对性能的影响。本文以2, 4-甲苯二异氰酸酯（TDI-100）、聚酯多元醇（PEA）、气相SiO2以及3, 5-二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）为主要原料,用预聚法合成了PU/SiO2复合材料、多交联体系PU材料以及多交联体系PU/SiO2复合材料,利用SEM、DSC和力学测试考察了材料的性能,并分析了影响材料性能的主要因素。SEM分析表明:SiO2粒子在PU基体中分散较好。多交联体系PU/SiO2复合材料的拉伸断裂面呈明显的凹凸不平状态,具有很多纤维状物连接的丘陵状的花纹,这种断裂方式的材料具有更好的韧性和强度。力学性能测试表明:当预聚体中-NCO基团含量为4%左右,加入SiO2粒子能够明显提高聚氨酯材料的硬度、拉伸强度和耐撕裂性能,但断裂伸长率降低。当SiO2添加量为3%（相对于多元醇的质量分数）时, PU/SiO2复合材料的综合性能最优。多交联聚氨酯材料具有比均一聚氨酯材料更好的耐撕裂性能和断裂伸长率,拉伸性能区别不大。多交联PU/SiO2复合材料具有比均一PU/SiO2复合材料有更好的耐撕裂性能和断裂伸长率,并保持了PU/SiO2复合材料良好的拉伸性能。耐溶剂性能测试说明:多交联聚氨酯材料能够改变均一聚氨酯材料的微相结构,改善耐溶剂性能。DSC测试说明:加入SiO2粒子和通过多交联方式都能够提高聚氨酯材料的耐热分解温度。多交联体系材料微区结构上交联密度差异程度不同影响材料的微相分离和耐热性能。总的来说,多交联体系PU/SiO2复合材料具有优良的耐撕裂和耐热性能,较好的拉伸性能,还有不错的断裂伸长率和耐极性溶剂性能。另外,本文还考察了扩链剂和多元醇种类对低硬度聚氨酯材料性能的影响。通过力学性能和TG测试表明:在以预聚体-NCO含量为2.0左右制备的低硬度聚氨酯材料中,利用DMTDA为扩链剂制成的材料有较高的硬度,以MOCA为扩链剂制成的材料耐热性能略优。PEA-DMTDA型低硬度聚氨酯材料在扩链系数为0.9时具有最好的力学性能,耐溶剂性能则随着扩链系数的增加而变差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 聚氨酯综述
• 1.1.1 聚氨酯的结构和微相分离
• 1.1.2 聚氨酯的主要原料
• 1.1.3 聚氨酯合成化学反应
• 1.1.4 聚氨酯的发展与现状
• 1.1.5 聚氨酯的应用
• 1.2 气相二氧化硅
• 1.2.1 气相二氧化硅概述
• 1.2.2 气相二氧化硅在高分子工业的应用
• 1.3 聚氨酯/无机粒子复合材料
• 1.3.1 聚氨酯改性的途径
• 1.3.2 聚氨酯/无机纳米复合材料的研究进展
• 1.4 聚氨酯/二氧化硅复合材料
• 1.5 低硬度聚氨酯研究进展
• 1.6 选题背景和意义
• 第二章 实验与研究方法
• 2.1 实验原料与设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 主要仪器及测试方法
• 2复合材料的制备与性能'>第三章 PU/SIO₂复合材料的制备与性能
• 3.1 制备方法
• 3.2 结果与讨论
• 2 在PU 中的分散性'>3.2.1 气相SiO₂ 在PU 中的分散性
• 2 复合材料的力学性能'>3.2.2 PU/SiO₂复合材料的力学性能
• 2 复合材料的拉伸断裂面形貌分析'>3.2.3 PU/SiO₂复合材料的拉伸断裂面形貌分析
• 2 复合材料的耐极性溶剂性能'>3.2.4 PU/SiO₂复合材料的耐极性溶剂性能
• 2 复合材料的耐热性能'>3.2.5 PU/SiO₂复合材料的耐热性能
• 2 复合材料性能的影响'>3.2.6 不同-NCO 含量对PU/SiO₂复合材料性能的影响
• 2 复合材料的耐热性能的影响'>3.2.7 扩链系数对PU/SiO₂复合材料的耐热性能的影响
• 3.3 小结
• 第四章 多交联体系聚氨酯材料的制备与性能
• 4.1 制备方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 多交联体系聚氨酯材料的力学性能
• 4.2.2 交联方式对聚氨酯材料的力学性能的影响
• 4.2.3 多交联体系聚氨酯材料的耐极性溶剂性能
• 4.2.4 多交联体系聚氨酯材料的耐热性能
• 4.3 小结
• 2复合材料的制备及性能'>第五章 多交联体系PU/SIO₂复合材料的制备及性能
• 5.1 制备方法
• 5.2 结果与讨论
• 2 复合材料的表面形态'>5.2.1 多交联体系PU/SiO₂复合材料的表面形态
• 2 复合材料的力学性能'>5.2.2 多交联体系PU/SiO₂复合材料的力学性能
• 2 复合材料的拉伸断裂面形貌分析'>5.2.3 多交联体系PU/SiO₂复合材料的拉伸断裂面形貌分析
• 2 复合材料的耐溶剂性能'>5.2.4 多交联体系PU/SiO₂复合材料的耐溶剂性能
• 2 复合材料的耐热性能'>5.2.5 多交联体系PU/SiO₂复合材料的耐热性能
• 2 复合材料耐热性能的影响'>5.2.6 交联方式对多交联体系PU/SiO₂复合材料耐热性能的影响
• 5.3 小结
• 第六章 低硬度聚酯型聚氨酯材料的制备与性能
• 6.1 制备方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 扩链剂的种类对聚氨酯材料性能的影响
• 6.2.2 多元醇的种类对聚氨酯材料耐热性能的影响
• 6.2.3 低硬度聚酯型聚氨酯材料的力学性能
• 6.2.4 低硬度聚酯型聚氨酯材料的耐热性能
• 6.2.5 低硬度聚酯型聚氨酯材料的耐极性溶剂性能
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录