有机硅/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

论文摘要

有机硅具有极好的耐高低温性能、优良的电绝缘性和化学稳定性、憎水防潮性、生理惰性等优点,但其也存在附着力较差、力学强度低等缺点。聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、抗曲挠性好等特点,但其耐高温、热老化性能欠佳。有机硅／聚氨酯复合材料兼具有有机硅和聚氨酯两者的优异性能,表现出良好的表面富集性、优良的低温柔顺性、介电性、生物相容性等,克服了有机硅机械性能差等缺点,也弥补了聚氨酯耐候性差等不足,是一种很有发展前景的新型高分子材料。以二甲基环体硅氧烷（DMC）为原料,在KOH的催化作用下,通过本体开环合成了聚二甲基硅氧烷（PDMS）,将PDMS与正硅酸已酯（TEOS）在二丁基二月桂酸锡（DBTDL）催化作用下交联制备了有机硅弹性体。研究了DMC开环聚合的不同反应条件对PDMS的粘度、粘均分子量的影响以及有机硅弹性体的耐水、耐酸、耐碱、耐盐及耐油性能。结果表明：PDMS特性粘度和粘均分子量的影响因素有：反应温度、反应时间、催化剂用量和封端剂用量等；在80。C以下,反应是处在诱导期,得不到聚合物,当温度高于80℃时,可以得到聚合物；当反应时间为80min时,DMC的浓度达到临界浓度,聚合物粘均分子量开始下降。DMC阴离子本体聚合制备PDMS的适宜的工艺条件是：反应温度为120℃,反应时间为80min,催化剂用量为0.03%；不同分子量的PDMS的硫化性能有较大的差异,较低分子量的PDMS固化成胶时间较快,且成胶后柔软性更好,表面更光滑,弹性体的均匀性也更高；有机硅弹性体具有良好的耐水,耐酸性能,但耐碱,耐盐,耐油性能性能较差。以聚乙二醇（PEG）和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）在二丁基二月桂酸锡（DBTDL）催化作用下制备了聚氨酯预聚体,将聚氨酯预聚体与三羟甲基丙烷（TMP）交联硫化制备了聚氨酯弹性体。研究了不同反应条件对聚氨酯预聚体异氰酸根（-NCO）含量的影响以及聚氨酯弹性体耐水、耐酸、耐碱、耐盐及耐油性能的影响。结果表明：聚氨酯预聚体-NCO%的影响因素有：反应时间,反应温度,催化剂用量；聚氨酯弹性体制备的最佳工艺条件是：反应温度为60℃,反应时间为60min,催化剂用量为1.5ml；聚氨酯弹性体耐水,耐酸,耐碱,耐盐水性能都不足,但耐油性良好。以DMC为原料,KOH为催化剂,蒸馏水封端剂合成了PDMS,以PEG与IPDI为原料制备了聚氨酯预聚体,将聚氨酯预聚体与PDMS以及它们的交联剂三羟甲基丙烷和正硅酸乙酯混合,在少量的二月丁基二月桂酸锡催化作用下通过互穿网络聚合法（IPN）制备了有机硅/聚氨酯复合弹性体,研究了DMC阴离子开环动力学、聚氨酯合成动力学以及有机硅/聚氨酯复合弹性体的耐水、耐酸、耐碱、耐盐及耐油性能。结果表明：由DMC阴离子开环聚合的反应速率常数K=0.02736mol/Lmin；IPDI与PEG反应合成聚氨酯的反应速率常数K=0.02051mol/Lmin；有机硅/聚氨酯复合弹性体的耐水,耐酸,耐碱以及耐盐性能强于聚氨酯弹性体,耐油性能优于有机硅弹性体。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 有机硅材料
• 1.1.1 有机硅材料概述
• 1.1.2 有机硅材料的分类
• 1.1.3 有机硅材料应用举例
• 1.2 聚氨酯材料
• 1.2.1 聚氨酯材料简介
• 1.2.2 聚氨酯材料的分类
• 1.2.3 聚氨酯材料的应用
• 1.3 有机硅/聚氨酯复合材料
• 1.3.1 有机硅/聚氨酯复合材料简介
• 1.3.2 有机硅/聚氨酯复合材料的合成方法
• 1.3.3 有机硅/聚氨酯复合材料的应用
• 1.4 课题研究意义、目的、内容、方法及创新
• 1.4.1 课题研究意义、目的、内容及方法
• 1.4.2 论文的创新
• 第2章 有机硅弹性体的制备及性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与仪器
• 2.2.2 有机硅弹性体的制备
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同反应条件对PDMS粘度的影响
• 2.3.2 不同反应条件对PDMS粘均分子量的影响
• 2.3.3 聚二甲基硅氧烷的硫化
• 2.3.4 有机硅弹性体的耐溶剂性
• 2.3.5 有机硅弹性体红外图谱
• 2.4 本章小结
• 第3章 聚氨酯弹性体的制备及性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与仪器
• 3.2.2 聚氨酯弹性体的制备
• 3.2.3 性质测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同反应条件对聚氨酯预聚体-NCO%的影响
• 3.3.2 聚氨酯弹性体的耐水性
• 3.3.3 聚氨酯弹性体的耐酸性
• 3.3.4 聚氨酯弹性体的耐碱性能
• 3.3.5 聚氨酯弹性体的耐盐水性能
• 3.3.6 聚氨酯弹性体的耐油性能
• 3.4 小结
• 第4章 有机硅/聚氨酯复合材料的制备及性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料与仪器
• 4.2.2 有机硅/聚氨酯复合材料的制备
• 4.2.3 性质测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有机硅合成动力学
• 4.3.2 聚氨酯合成动力学
• 4.3.3 有机硅/聚氨酯复合材料的耐水性能
• 4.3.4 有机硅/聚氨酯复合材料的耐酸性
• 4.3.5 有机硅/聚氨酯复合材料耐碱性
• 4.3.6 有机硅/聚氨酯复合材料耐盐性
• 4.3.7 有机硅/聚氨酯复合材料的耐油性
• 4.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果