纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究

摘要

聚氨酯由于优异的高弹性、高强度、高耐油、低磨耗等特性引起了众多研究人员的关注，由于人们对材料性能需求的进一步提高，使其在化学结构设计、物理改性等方面的研究取得了重要进展。然而传统的填料多限于无机材料的有机化或有机填料的直接添加，来实现聚氨酯的改性，并未考虑到有机填料与所有类型的聚氨酯材料是否均能起到良好的改性效果。本文以纤维素晶须(CNC)为例，从极性的相容性方面研究了有机填料对不同类型聚氨酯材料的性能影响。本论文工作将对以下问题进行讨论:
　　以纤维素晶须为填料，分别通过溶剂法和原位生成法加入到聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯中，制备不同类型的纳米复合材料。通过红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG)、偏光显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)等一系列表征手段发现，利用溶剂法和原位生成法中，合成的纤维素晶须在聚醚型聚氨酯中均存在较大的团聚，在聚酯型聚氨酯中则能达到较好的分散状态，纤维素晶须的加入使聚酯型聚氨酯的氢键化程度和断裂强度都有显著提升，表明该纤维素晶须外部羟基的存在有利于其在聚酯型聚氨酯中的分散，当改变异氰酸酯MDI-50为TDI-80时，发现此种差异性更加明显。通过对比于SEM图像与POM图像的结果发现，POM是一种很好地观察晶须增强聚氨酯分散状态的方式。
　　以间甲苯基异氰酸酯(MPI)改性的纤维素晶须，通过一系列的表征手段证明了该实验成功地在不破坏纤维素晶须原有形貌的前提下，制备了低极性、高分散、高结晶度的间甲苯基异氰酸酯改性纤维素晶须(MPI-CNC)，可在丙酮、氯仿、乙酸乙酯中均有良好的分散性。重复上述研究方案取得了与上述相反的结果，MPI-CNC在聚醚型聚氨酯中分散良好，在聚酯型聚氨酯中则存在大量团聚现象。同时发现原位生成法制备的MPI-CNC在聚酯型聚氨酯中的团聚现象高于溶剂法制备的MPI-CNC/PU。这个结果表明低极性的纤维素晶须易与同为低极性的聚醚链段产生相互作用，而与极性较高的聚酯链段发生相互排斥。以TDI-80修饰纤维素晶须，制备了一系列的纤维素晶须接枝聚氨酯材料，通过POM观察可知，纤维素晶须在接枝到聚氨酯材料的过程中能够得到较好的分散状态。并通过静态力学性能结果分析可知，纤维素晶须的接枝对材料的断裂伸长率有一定程度的提升，同时使原有聚氨酯材料的力学特性曲线发生变化，当含量加到5wt％时，应力应变曲线呈现近线性关系。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1聚氨酯简介

1．1．1聚氨酯材料的应用概述

1．1．2聚氨酯化学结构与性能特性

1．1．3聚氨酯的合成

1．1．4聚氨酯的研究进展

1．2纤维素晶须简介

1．2．1纤维素晶须的特性

1．2．2纤维素晶须的研究进展

1．2．3纤维素晶须／聚氨酯研究进展

1．3本论文主要工作

1．3．1本论文的研究意义

1．3．2本论文的研究内容

第2章实验材料及测试方法

2．1实验材料

2．2实验仪器及设备

2．3分析测试

2．3．1预聚体中NCO含量的测试

2．3．2样品微量水分的测试

2．3．3红外光谱测试分析

2．3．4偏光显微镜分析

2．3．5透射电子显微镜分析

2．3．6扫描电子显微镜分析

2．3．7 X射线衍射分析

2．3．8热重分析

2．3．9动态机械性能分析

2．3．10 静态力学性能分析

第3章纤维素晶须改性聚氨酯复合膜性能分析

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1纤维素晶须的制备

3．2．2溶剂法制备纤维素晶须／聚醚或聚酯复合膜

3．2．3原位生成法制备纤维素晶须／聚氨酯复合膜

3．3结果与讨论

3．3．1纤维素晶须的性能表征

3．3．2溶剂法制备纤维素晶须／聚氨酯复合膜样品性能分析

3．3．3原位生成法制备纤维素晶须／聚氨酯复合材料的性能表征

3．4本章小结

第4章改性纤维素晶须构筑聚氨酯复合膜

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1间甲苯基异氰酸酯改性纤维素晶须(MPI．CNC)

4．2．2溶剂法制备改性纤维素晶须／聚氨酯复合膜

4．2．3原位生成制备改性纤维素晶须／聚氨酯复合膜

4．3．1间甲苯基异氰酸酯改性纤维素晶须

4．3．2溶剂法制备MPI-CNC／PU复合材料性能表征

4．3．3原位合成法间甲苯基异氰酸酯-晶须／复合材料性能表征

4．3．4 TDI-80接枝纤维素晶须聚氨酯复合膜性能表征

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢