多交联体系聚氨酯材料及聚氨酯/分子筛复合材料的制备及性能研究

论文摘要

聚氨酯弹性体具有许多优良特性，如高弹性，耐磨性，耐油性，耐臭氧性，耐低温性，高粘接性，有良好的机械强度以及好的电绝缘性等，因而被广泛应用于国民经济的各个领域，成为不可缺少的重要材料之一。在许多场合往往对耐撕裂强度或拉伸强度之间某一性能要求更高，为了得到交联方式、交联密度与拉伸性能或耐撕裂性能之间的关联性，本文首次设计了一种多交联体系聚氨酯材料，多交联体系是指材料中不同交联密度的微区或链束相互穿插呈高分子合金结构。在此基础上进一步考察了多交联体系聚氨酯／分子筛复合材料的性能。本文以聚酯多元醇（PEA）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷（MOCA）及4A、13X分子筛为主要原料，采用预聚法制备了多交联体系聚氨酯材料及聚氨酯／分子筛复合材料，对其力学性能、耐溶剂性能进行了测试，并利用DSC、DMA、SEM等手段对其进行了表征。力学性能测试结果表明：在预聚体的-NCO含量为4.5％的设计配方下，与相同配料均一体系聚氨酯材料相比，多交联体系聚氨酯材料的耐撕裂性能有显著提高，拉伸性能稍有下降，但下降幅度不大，扯断伸长率变化不大。平均扩链系数在0.9左右时，多交联体系聚氨酯材料的耐撕裂强度和拉伸强度比较均衡。在预聚体的-NCO含量为4.5％，分子筛含量为7％的设计配方下，与相同配料均一体系的聚氨酯／分子筛复合材料相比，多交联体系聚氨酯／分子筛复合材料的耐撕裂性能有明显地提高，拉伸性能下降不大，扯断伸长率变化不大。耐溶剂性能测试说明：与均一体系聚氨酯材料相比，多交联体系聚氨酯材料的耐溶剂性能明显提高；与多交联体系聚氨酯材料相比，多交联体系聚氨酯／分子筛复合材料的耐溶剂性能有显著提高。DMA测试结果显示：多交联体系聚氨酯材料的储能模量和耗能模量明显增加，阻尼性能下降；玻璃化转变温度降低，微相分离更好。分子筛加入到聚氨酯体系中，作为异相成核剂影响了聚氨酯软硬链段之间的微相分离，使得微相分离更好，阻尼进一步下降。DSC结果表明：多交联体系聚氨酯材料在210℃左右的结晶熔融峰明显大于均一体系聚氨酯材料在此温度附近的熔融峰，表明部分交联密度小的区域硬链段的结晶更规整，晶片也相应的大，结晶度增大，影响了微相分离；对于多交联体系聚氨酯／分子筛复合材料，分子筛的加入影响了微相分离。SEM测试结果显示：13X、4A分子筛在聚氨酯中的分散基本均匀，说明分子筛在本研究体系下具有良好的分散性。综合上述结果，多交联体系聚氨酯材料存在不同交联密度的微区域，部分交联密度小的区域硬链段线性好，使得材料有更好的耐撕裂性能，微相分离更好，阻尼下降；部分处于材料表层的交联密度大的链束或胶团能提高材料的致密性，使得材料具有较好的耐溶剂性能。

论文目录

• 摘要
• AB5TRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 聚氨酯简介
• 1.1.1 聚氨酯的结构特征
• 1.1.2 聚氨酯的化学反应
• 1.1.3 聚氨酯的合成与加工方法
• 1.1.4 聚氨酯的应用
• 1.1.4.1 聚氨酯泡沫塑料的应用
• 1.1.4.2 聚氨酯胶粘剂的应用
• 1.1.4.3 聚氨酯在医学上的应用
• 1.1.4.4 其他方面的应用
• 1.1.5 聚氨酯的研究进展
• 1.2 分子筛
• 1.2.1 分子筛简介
• 1.2.2 分子筛应用
• 1.2.2.1 分子筛在催化过程中的应用
• 1.2.2.2 分子筛在吸附分离过程中的应用
• 1.2.2.3 分子筛在聚合物中的应用
• 1.2.2.4 分子筛的其他应用
• 1.3 复合材料
• 1.5 本课题的选题背景及意义
• 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 本课题使用的主要仪器及测试方法
• 第三章 多交联体系聚氨酯材料的制备及性能
• 3.1 制备方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 多交联体系聚氨酯材料的力学性能
• 3.2.2 多交联体系聚氨酯材料的动态力学性能
• 3.2.3 多交联体系聚氨酯材料的结晶性能
• 3.2.4 不同交联体系聚氨酯材料的耐溶剂性能比较
• 3.3 小结
• 第四章 多交联体系聚氨酯/13X分子筛复合材料的制备及性能
• 4.1 多交联体系PEA-PU/13X分子筛复合材料的制备及性能
• 4.1.1 制备方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.2.1 多交联体系PEA-PU/13X复合材料的力学性能
• 4.1.2.2 多交联体系PEA-PU/13X复合材料的动态力学性能
• 4.1.2.3 多交联体系PEA-PU/13X复合材料的结晶性能
• 4.1.2.4 多交联体系PEA-PU/13X复合材料的耐溶剂性能
• 4.1.2.5 多交联体系PEA-PU/13X复合材料的微观结构
• 4.2 多交联体系PTMG-PU/13X分子筛复合材料制备及性能
• 4.2.1 制备方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 多交联体系PTMG-PU/13X复合材料的力学性能
• 4.2.2.2 多交联体系PTMG-PU/13X复合材料的耐溶剂性能
• 4.3 小结
• 第五章 多交联体系聚氨酯/4A分子筛复合材料的制备及性能
• 5.1 多交联体系PEA-PU/4A分子筛复合材料的制备及性能
• 5.1.1 制备方法
• 5.1.2 结果与讨论
• 5.1.2.1 多交联体系PEA-PU/4A复合材料的力学性能
• 5.1.2.2 多交联体系PEA-PU/4A复合材料的动态力学性能
• 5.1.2.3 多交联体系PEA-PU/4A复合材料的耐溶剂性能
• 5.1.2.4 多交联体系PEA-PU/4A复合材料的微观结构
• 5.2 多交联体系PTMG-PU/4A分子筛复合材料制备及性能
• 5.2.1 制备方法
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 多交联体系PTMG-PU/4A复合材料的力学性能
• 5.2.2.2 多交联体系PTMG-PU/4A复合材料的耐溶剂性能
• 5.2.2.3 多交联体系PTMG-PU/4A复合材料的动态力学性能
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文