脂肪族聚脲弹性体及其纳米复合材料的制备

摘要

聚脲弹性体是由异氰酸酯组分和氨基化合物组分反应生成的一种弹性体材料。该弹性体材料具有优异的理化性能，如力学性能、耐磨性、防腐蚀等，不含催化剂，施工时不受环境温度、湿度的影响，是一种绿色无污染的环保材料。为进一步提高聚脲材料的综合性能，扩大应用领域，本文主要研究了脂肪族聚脲弹性体的合成及其聚脲纳米复合材料的制备。
　　 本文采用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、端氨基聚醚D2000为主要原料，以二甲硫基甲苯二胺(E300)、己二胺、4，4-二氨基环己基甲烷(H12MDA)分别作为扩链剂，经两步法溶液聚合合成了一系列脂肪族聚脲。研究表明，HDI体系、IPDI体系所合成的脂肪族聚脲符合预期结构。确定了反应温度为0℃，预聚时间为30min，采用溶剂挥发成膜的工艺。实验结果表明:IPDI体系所合成聚脲的力学性能优于HDI体系，且反应平稳，不易爆聚。通过热失重测试分析可知，不同扩链剂对聚脲耐热性能影响顺序为:己二胺＞二甲硫基甲苯二胺(E300)＞4，4-二氨基环己基甲烷(H12MDA)。
　　 本文采用纳米TiO2、氨基化碳纳米管对IPDI体系的聚脲进行改性研究，制备了一系列聚脲纳米复合材料。研究结果表明，聚脲/氨基化碳纳米管复合材料、聚脲/纳米TiO2复合材料符合聚脲的特征结构，且力学性能、耐热性能均有所提高。在此配方体系中，当纳米粒子含量为0.7wt％时，聚脲纳米复合材料的拉伸强度达到最大值。
　　 为考察是否能延长凝胶时间，本文选用三种仲胺扩链剂，即哌嗪、1，4-二氮环庚烷（高哌嗪）、二甲基乙烯基二胺来合成聚脲。产物表征和性能测试结果表明，三种仲胺扩链剂扩链的聚脲符合聚脲的特征结构，在失重率相同的情况下，1，4-二氮环庚烷（高哌嗪）扩链的聚脲失重温度较高，耐热性能较好。通过凝胶时间测试，发现仲胺扩链剂与伯胺扩链剂的聚脲凝胶时间相差无几。

目录

声明

摘要

引言

第1章 绪论

1．1 聚脲弹性体材料概述

1．1．1 聚脲弹性体的聚合反应机理

1．1．2 聚脲弹性体的结构特征与性能

1．1．3 聚脲弹性体的发展历程

1．2 聚脲弹性体的改性研究

1．2．1 丙烯酸改性聚脲

1．2．2 环氧树脂改性聚脲

1．2．3 有机硅改性聚脲

1．3 纳米改性聚脲弹性体材料

1．3．1 纳米二氧化钛

1．3．2 碳纳米管

1．3．3 纳米改性聚脲弹性体的常用方法

1．4 聚脲材料的应用领域

1．4．1 聚脲在防腐领域中的应用

1．4．2 聚脲在建筑领域的应用

1．4．3 聚脲在耐磨材料方面的应用

1．4．4 聚脲在海洋设施上的应用

1．5 本课题研究的内容及意义

第2章 脂肪族聚脲弹性体的合成

2．1 主要实验仪器和药品

2．1．1 主要实验仪器

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验准备

2．1．4 原料精制

2．2 脂肪族聚脲弹性体的合成

2．2．1 HDI三聚体体系的聚脲合成

2．2．2 IPDI体系的聚脲合成

2．3 结构与性能测试

2．3．1 傅里叶红外光谱测定

2．3．2 热失重测定

2．3．3 示差扫描量热分析

2．3．4 力学性能测试

2．3．5 邵氏硬度的测定

2．3．6 凝胶时间的测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 预聚温度及时间对聚脲合成的影响

2．4．2 原料体系固含量对聚脲合成的影响

2．4．3 红外光谱分析

2．4．4 热失重分析

2．4．5 示差扫描量热分析

2．4．7 力学性能分析

2．4．8 凝胶时间结果分析

2．5 本章小结

第3章 聚脲纳米复合材料的制备

3．1 前言

3．2 实验方法与工艺

3．2．1 聚脲／氨基化碳纳米管复合材料的制备

3．2．2 聚脲／纳米TiO2复合材料的制备

3．3 结构与性能测试

3．3．1 耐介质性能测试

3．3．2 干湿循环试验

3．3．3 冻融循环试验

3．3．4 吸水率测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 红外光谱分析

3．4．2 热失重分析

3．4．3 力学性能分析

3．4．4 耐介质性能测试

3．4．5 耐干湿循环和冻融循环测定

3．4．6 耐水性测试

3．5 本章小结

第4章 仲胺扩链剂合成聚脲的初步探究

4．1 前言

4．2 仲胺扩链剂聚脲的合成

4．2．1 实验药品

4．2．2 合成方法

4．3 结构与性能测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 红外光谱分析

4．4．2 热失重分析

4．4．3 示差扫描量热分析

4．4．4 力学性能分析

4．4．5 凝胶时间结果分析

4．4．6 耐水性测试

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢