不饱和聚酯聚氨酯纳米复合材料的研究

摘要

不饱和聚酯聚氨酯树脂(UPPU)品种多、应用广泛，但因其固化后硬而脆、易开裂、耐磨性差等缺点，大大限制了它在生产实践中的应用。采用纳米材料对UPPU进行增强改性是提高材料性能的有效途径。纳米凹凸棒(AT)为一维纳米结构，具有一些独特的物理和化学性能，能够耐高温、耐腐蚀。因具有很高的长径比及表面活性，表面覆盖有大量的羟基，故在聚合物基体中很容易发生团聚现象。为了提高纳米粒子在聚合物基体中的分散能力，同时增强纳米粒子与不饱和聚酯聚氨酯树脂之间的界面结合力，需对纳米凹凸棒进行表面处理。
　　本研究以不饱和聚酯聚氨酯树脂为基体树脂，通过使用不同的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)及所合成的活性偶联剂对纳米凹凸棒进行改性，采用化学接枝法将改性后的纳米凹凸棒接到UPPU上制备了不同纳米粒子含量的AT/UPPU纳米复合材料。通过红外光谱扫描仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析(TGA)、力学性能分析等多种测试方法对纳米凹凸棒改性前后的化学结构、形貌、晶型、热稳定性及AT/UPPU纳米复合材料的化学结构、形貌、热稳定性及力学性能进行了表征。
　　经偶联剂处理后，纳米凹凸棒分散均匀，红外检测有偶联剂官能团，表明纳米凹凸棒表面有偶联剂存在，改性纳米凹凸棒已成功接枝到不饱和聚酯聚氨酯树脂中。
　　纳米凹凸棒经偶联剂改性及超声分散处理后，以细小的棒状晶束存在，单个纳米凹凸棒的棒晶长度在1μm左右。添加不同含量改性纳米凹凸棒的复合材料的断面SEM照片显示，当分散到UPPU中的改性纳米凹凸棒的含量在1.5％以下时，UPPU断面的纹路比较直，由此推断它的断裂方式为脆性断裂，而且纳米凹凸棒也能较好地分散到UPPU树脂中。当添加2.5％改性纳米凹凸棒时，出现团聚现象，其断面形貌发生了严重的改变。当纳米凹凸棒添加量继续增加时，SEM图上纳米凹凸棒团聚现象更加严重。
　　由于使用偶联剂进行表面改性，改性后纳米凹凸棒亲油性提高，当添加其到UPPU中时，经TGA检测，复合材料的热稳定性得到改善，这主要是因为偶联剂改性粘土粒子使其与聚合物相容性提高，从而增强了聚合物复合材料的热稳定性。
　　XRD结果表明:改性前后纳米凹凸棒的晶型并没有发生改变，未改性的UPPU和UPPU/纳米凹凸棒复合材料显示出相似的XRD特征峰，这表明所测样品是典型的非晶态材料，加入纳米凹凸棒后并没有破坏UPPU本身的晶型。
　　采用偶联剂KH-560改性AT添加到不饱和聚酯聚氨酯树脂中得到复合材料性能最好，当纳米凹凸棒的加入量为1.5％时，纳米粒子在UPPU中几乎没有团聚现象。改性后，AT/UPPU纳米复合材料的拉伸强度与弯曲强度较改性前分别提高了89％和166.7％。当加入量为2.5％时，热稳定性得到增强，其分解温度较改性前提高了52℃，纳米粒子出现团聚现象，力学性能也随之下降。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 聚氨酯概述

1．3 聚氨酯纳米复合材料研究进展

1．3．1 无机纳米粒子表面处理方法

1．3．2 聚氨酯／无机纳米复合材料的制备方法

1．3．3 研究进展

1．4 课题研究目标及内容

1．4．1 研究的目标

1．4．2 研究的主要内容

1．5 课题研究的创新点和意义

第2章 KH-560改性AT／UPPU纳米复合材料研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及主要实验仪器

2．2．2 实验原理

2．2．3 实验过程

2．3 结果与讨论

2．3．1 改性纳米AT的结构表征

2．3．2 改性前后纳米AT／UPPU复合材料的结构表征

2．3．3 改性纳米AT／UPPU复合材料的力学性能分析

2．4 本章小结

第3章 新型活性偶联剂的合成及改性AT／UPPU纳米复合材料的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂及主要实验仪器

3．2．2 新型活性偶联剂的制备

3．2．3 不饱和聚酯聚氨酯树脂的合成步骤

3．2．4 活性偶联剂改性AT／UPPU纳米复合材料的制备方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 FT-IR

3．3．2 不同反应温度及配料比对活性偶联剂的性状影响

3．3．3 SEM

3．3．4 热失重分析

3．3．5 XRD分析

3．3．6 改性AT／UPPU纳米复合材料的力学性能

3．4 本章小结

第4章 KH-550／KH-570改性AT／UPPU纳米复合材料的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂及主要实验仪器

4．2．2 不饱和聚酯聚氨酯树脂的合成步骤

4．2．3 偶联剂改性AT／UPPU纳米复合材料的制备方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 偶联剂改性前后纳米AT的FT-IR

4．3．2 SEM

4．3．3 力学性能

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表的论文