聚脲納米纖維及微球的制備與表征.pdf

1、隨著聚合物制備技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新，人們對聚合物材料的制備方法、性能及應用的要求日益提高，材料結構及其形貌的特殊性、功能性和可構筑性已成為近年來材料領域的研究熱點;與此同時，聚脲作為一種性能優(yōu)良應用廣泛的新型聚合物功能材料，也引起了越來越多的關注，并得到了迅速的發(fā)展。本課題組在前段工作中以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為單一單體，在水-丙酮混合溶劑中通過沉淀聚合制備了表面潔凈且富含胺基的單分散聚脲微球，在此基礎上本論文繼續(xù)選用異氰酸酯類單

2、體，制備了具有特殊結構形貌的聚脲材料——聚脲納米纖維、中空微球及多孔微球，并探討了不同實驗條件對聚脲纖維、中空微球及多孔微球形成的影響。本論文主要內容如下:
　　 首先，以甲苯二異氰酸酯(TDI)和4，4'-二氨基二苯醚(ODA)為聚合單體，丙酮為單一反應介質，通過一步沉淀聚合法制得了聚脲納米纖維，并探討了影響所得聚合物形態(tài)的主要因素。結果表明，單體用量、溫度及機械攪拌速率等對其形貌影響較大，振蕩頻率(0～150 osc/min

3、)對纖維的形貌無顯著影響。當單體用量控制在2.0 wt％以下時，所得聚合物皆為纖維狀;當單體用量在3.0 wt％左右時所得聚合物纖維與球形粒子并存;繼續(xù)提高單體用量為5.0 wt％，所得聚合物皆為納米微球。當反應溫度為0℃時，所得產物皆為納米粒子，溫度介于30～70℃時，所得產物皆為纖維狀。機械攪拌轉速對產物形貌影響明顯，轉速為100～300r/min時，所得產物皆為納米纖維，而當轉速較高時(≥600 r/min)，不能得到纖維狀產物。

4、列產物耐熱性及耐溶劑性進行了測試，結果顯示，聚脲納米纖維的玻璃化轉變溫度(Tg)在230～250℃之間，纖維不溶于乙酸、甲苯、四氫呋喃、濃堿(1.0 mol/L)、乙腈、間甲酚等溶劑，具有良好的耐溶劑性。
　　 為了制備聚脲空心微球，實驗設計使用碳酸鈣(CaCO3)粒子作為模板，在其表面形成聚合物外殼以獲得CaCO3/聚脲復合微球，然后將內核CaCO3溶出制得聚合物空心微球。為此，我們首先通過CaCl2和Na2CO3的沉淀反應制

5、備了一系列CaCO3粒子并探討了實驗條件如晶型控制劑種類及用量、反應物濃度、分散方式等多種因素對產物結構和形貌的影響。使用光學顯微鏡、掃描電鏡、動態(tài)光散射激光粒度儀、X射線衍射等對產物進行了表征。結果表明，相對于機械攪拌，超聲波分散制備粒子的形貌更規(guī)整，尺寸更均一。無晶型控制劑時，所得產物主要為立方形方解石晶型CaCO3，尺寸為4～5μm且大小均一。沉淀過程中三聚磷酸鈉(STP)的用量可明顯改變CaCO3粒子的尺寸和晶體結構，除非在很低

6、STP用量下得到球霰石晶粒，一般都得到無定型CaCO3微球顆粒;使用羧甲基纖維素鈉(CMC)為結晶控制劑可制得尺寸大小較均一的橢球形CaCO3粒子，產物為含有少量球霰石結構的方解石晶體。以聚對苯乙烯磺酸鈉(PSS)為結晶型控制劑時，調節(jié)實驗條件可獲得形貌規(guī)整一致的單分散CaCO3粒子，與使用CMC時相反，產物結構為摻雜有極少量方解石結構的球霰石晶型。
　　 在此基礎上，以不同條件下制備的CaCO3粒子為模板，以IPDI為聚合單體

7、在水-丙酮混合溶劑中聚合制備了CaCO3/聚脲核殼結構復合微球。用鹽酸處理該核殼復合微球除去CaCO3模板內核，得到不同大小及形貌的聚脲中空微球。實驗結果表明，所制備聚脲中空粒子的大小依賴于所使用模板的大小，中空微球的壁厚可通過單體用量及溶劑中水-丙酮配比進行控制。溶劑中水含量較大時，所得中空粒子殼較薄。
　　 我們還通過向IPDI為單體、水-丙酮為混合溶劑的沉淀聚合體系中加入單分散納米SiO2微球的方法，制備出了表面及內部含有