不同软链段聚氨酯/半有机晶体复合材料的制备与性能研究

摘要

聚氨酯弹性体（PU)由于其优良的性能及广泛的适用性，现在已成为当今社会发展最快的材料之一。聚氨酯弹性体的优良性能不仅与其软、硬链段结构有关，同时由于软、硬链段的不相容性会使分子结构产生微相分离现象，微相分离效果越好，弹性体的综合性能就越好。聚氨酯大分子链中氢键的存在，一方面起着物理交联的作用，因而聚氨酯弹性体材料具有较高的强度。另一方面，氢键的存在促进硬链段的结晶和有序排列，促进聚氨酯弹性体的微相分离效果。
　　半有机晶体是一类由有机物和无机盐在特定条件下合成的晶体。论文设计了表面存在着氨基(-NH2)或脲基的半有机晶体，探讨其作为供氢基团能否与聚氨酯的氨酯羰基发生作用而生成更多的氢键，从而促进聚氨酯弹性体硬链段的聚集程度，改善聚氨酯弹性体的微相分离，以达到提高聚氨酯弹性体综合性能的效果。
　　论文比较研究了聚己二酸乙二醇酯(PEA)为软链段，甲苯二异氰酸酯(TDI)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)为硬链段的聚酯型聚氨酯体系和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)为软链段，甲苯二异氰酸酯(TDI)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)为硬链段的聚醚型聚氨酯体系，选用的半有机晶体为:硫脲-硫酸锌(ZTS)、甘氨酸-硫酸锌(GZS)、甘氨酸-氯化钡(GBD)、甘氨酸-溴化钙(GCB)。采用预聚体法制备了聚酯型和聚醚型聚氨酯/半有机晶体复合材料，考察了复合材料的力学性能、耐溶剂性能，并利用热重分析(TGA)、差热扫描分析(DSC)、傅里叶红外(FTIR)、动态力学性能分析(DMA)等测试手段进一步考察了半有机晶体对复合材料性能的影响。
　　研究结果表明，聚酯型和聚醚型聚氨酯/半有机晶体复合材料的拉伸性能和耐撕裂性能与空白样相比均有不同程度的提高，并且随着扩链系数的增大而增强;断裂伸长率则随着晶体含量的增加出现先减小后增大的趋势;耐溶剂性能也有明显提升;TGA曲线表明半有机晶体的加入对复合材料没有明显改善;FTIR测定结果表明半有机晶体的加入使聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯复合材料中氨酯羰基的氢键化程度得到提高;DSC和DMA测定结果显示聚酯型和聚醚型聚氨酯复合材料的硬链段结晶熔融峰均有所上升，但聚酯型聚氨酯复合材料软段相的玻璃化转变温度比纯聚氨酯降低，而聚醚型聚氨酯复合材料软段相的玻璃化转变温度相对升高，说明了聚酯型聚氨酯复合材料的微相分离程度得到改善而聚醚型聚氨酯复合材料的微相分离程度没有得到改善;聚酯型聚氨酯复合材料的储能模量和耗能模量均比纯聚氨酯升高;聚醚型聚氨酯复合材料的储能模量也相比纯聚氨酯有所增加，但耗能模量没有增加，说明半有机晶体的加入降低了聚醚型聚氨酯复合材料的内生热。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 聚氨酯简介

1．2 聚氨酯发展历程

1．2．1 国外聚氨酯发展历程

1．2．2 国内聚氨酯发展历程

1．3 聚氨酯弹性体的结构与性能

1．3．1 聚氨酯弹性体的结构

1．3．2 聚氨酯弹性体的微相分离

1．3．3 聚氨酯的氢键

1．4 聚氨酯弹性体的应用

1．5 半有机晶体简介

1．5．1 非线性光学半有机晶体

1．5．2 热释电类半有机晶体

1．6 聚氨酯复合材料

1．7 本课题的选题背景与意义

第二章 实验原料、仪器与测试方法

2．1 实验原料与仪器

2．1．1 原料规格及产地

2．1．2 实验仪器

2．2 测试仪器及方法

第三章 半有机晶体的制备

3．1 半有机晶体的制备方法

3．2 半有机晶体的合成

3．2．1 合成方程式

3．2．2 合成方法

3．3 晶体的生长

3．4 自制的晶体

3．5 半有机晶体的热重曲线

3．6 本章小结

第四章 聚酯型聚氨酯／半有机晶体复合材料的制备与性能

4．1 复合材料的制备方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 聚酯型聚氨酯／半有机晶体复合材料的力学性能

4．2．2 聚酯型聚氨酯／半有机晶体的硬度和耐溶剂性能

4．2．3 聚酯型聚氨酯／半有机晶体的耐热性能

4．2．4 聚酯型聚氨酯／半有机晶体复合材料的结晶性能

4．2．5 聚酯型聚氨酯／半有机晶体复合材料的FTIR分析

4．2．6 聚酯型聚氨酯／半有机晶体复合材料的动态力学性能

4．3 本章小结

第五章 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的制备与性能研究

5．1 复合材料的制备方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的力学性能

5．2．2 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的硬度与耐溶剂性能

5．2．3 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的耐热性能

5．2．4 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的结晶性能

5．2．5 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的FTIR分析

5．2．6 聚醚型聚氨酯／半有机晶体复合材料的动态力学性能

5．3 本章小结

第六章 半有机晶体对不同聚酯软链段聚氨酯复合材料的微相分离的影响机理探讨

第七章 结论与展望

7．1 本文的主要结论

7．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文