Laponite/聚氨酯纳米复合材料的制备和性能研究

摘要

生物材料，如贝壳等，由于其特有的有机无机杂化组成和精密的多级结构，能同时表现出优异的强度、硬度、延展性及韧性等综合性能。热塑性聚氨酯(TPU)是一类用途广泛的弹性嵌段共聚物，由软段和硬段组成，具有较高的延展性和易加工性，但是其耐热性较差，强度不高。为了进一步提高其力学性能，近年来，以TPU为基体材料，与具有刚性及各向异性的无机纳米颗粒复合来提高材料性能的研究已成为热点。但是得到的聚氨酯复合材料较难同时增强和增韧，通常伴随着强度的提高，断裂伸长率下降。
　　 无机粘土在聚合物中的分散是制备高分子/无机纳米颗粒复合材料的关键问题。然而传统的复合方法包括粘土熔融插层及原位聚合，无法完全剥离粘土。本文通过溶剂交换法将无机Laponite从水相转移到N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，再通过超声波作用，与聚氨酯溶液共混，制备Laponite/聚氨酯纳米复合材料，发展了一种同时提高聚氨酯复合材料的韧性和强度的新途径。采用TEM，AFM，WAXD，TGA，DSC，DMA，静态拉伸对复合材料的结构和性能进行表征，采用原位红外拉伸和insituSAXS研究了复合材料在原位形变过程中聚氨酯链段及Laponite的连续取向变化，探讨了不同Laponite含量对聚氨酯热力学性能的影响，及Laponite片层对聚氨酯增强增韧的机理。研究结果如下:
　　 (1)Laponite片层在聚氨酯基体中均匀分散，整体呈无规排列。Laponite优先插层到聚氨酯的硬段中，片层和硬段通过氢键相互作用和尺寸匹配性，形成一种插层网络结构。由于这种网络结构的存在，使Laponite/聚氨酯复合材料的强度、硬度及韧性得到了同步提高。
　　 (2)原位形变过程中，Laponite的取向与硬段的取向具有协同效应，链段与Laponite的取向及氢键含量均随着Laponite含量的增加而增大，从而使得Laponite/聚氨酯复合材料的强度及韧性得到了同步提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚合物纳米复合材料概述

1．3 聚氨酯/纳米复合材料

1．3．1 聚氨酯的结构与性能

1．3．2 聚氨酯的制备和合成

1．3．3 聚氨酯的应用

1．3．4 聚氨酯/纳米复合材料的制备

1．3．5 聚氨酯/纳米复合材料的研究进展

1．4 Laponite/聚氨酯纳米复合材料简介

1．4．1 Laponite的结构特征

1．4．2 Laponite的改性方法

1．4．3 Laponite/聚氨酯纳米复合材料的制备与研究现状

1．5 本论文的研究背景，研究内容及研究意义

1．5．1 本论文的研究背景

1．5．2 本论文的研究内容

1．5．3 本论文的研究意义

第二章 Laponite/聚氨酯纳米复合材料的制备和表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及试剂

2．2．2 Laponite在有机溶剂中的分散

2．2．3 Laponite/聚氨酯纳米复合材料的制备

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 Laponite在复合材料中的分散

2．3．2 纳米复合材料的热性能

2．3．3 复合材料的机械性能

2．3．4 动态热力学分析(DMA)

2．4 结论

第三章 原位形变的小角X射线散射及红外二向色性研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及试剂

3．2．2 Laponite/聚氨酯纳米复合材料的制备

3．2．3 测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 FT-IR二向色性光谱对聚氨酯链段的取向行为研究

3．3．2 FT-IR二向色性光谱对聚氨酯的氢键研究

3．3．3 In situ SAXS对复合材料中Laponite取向行为的研究

3．4 结论

第四章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢