熱塑性聚氨酯彈性體-氫氧化鋁納米復(fù)合材料研究.pdf

1、利用納米技術(shù)制備聚合物基納米復(fù)合材料已成為提高聚合物性能、拓寬其用途的重要手段。熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)作為聚氨酯材料的一個分支，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，可作為結(jié)構(gòu)型部件在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。由于TPU組成與微觀形態(tài)的多樣性，其綜合性能相當(dāng)優(yōu)越，一些性能在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)過剩，但某些性能卻需要不同程度的提高。與其它有機(jī)高分子材料一樣，聚氨酯在有氧和加熱的條件下，易燃，會產(chǎn)生毒性煙霧，危害環(huán)境；此外純聚氨酯彈性體

2、的模量不高，不能滿足某些特殊場合的使用要求。氫氧化鋁化學(xué)上惰性、無毒，因此用納米氫氧化鋁(ATH)對TPU改性則是提高TPU性能的有效方法。 本研究以TPU為基體，納米ATH作為主要改性劑，采用溶液-凝膠法制備ATH/聚醚分散體系，原位聚合法制備TPU/ATH納米復(fù)合材料，本法在國內(nèi)外開展的相關(guān)研究中未見報道。在對TPU合成工藝探索的基礎(chǔ)上，討論了影響預(yù)聚體粘度的因素，制備了一系列納米ATH不同含量的TPU/ATH納米復(fù)合材料。

3、作為對比，還研究了納米Mg(OH)2、微米ATH分別填充TPU時所制復(fù)合材料的性能。結(jié)果表明：(1)TPU及其復(fù)合材料的制備條件為預(yù)聚溫度80℃、時間為2h，材料后熟化溫度120℃、時間4h；(2)納米粒子的添加量對預(yù)聚物的粘度及后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程影響較大，因此納米粒子的添加量不宜過高，實(shí)驗(yàn)選用的最大添加量為5%；(3)納米ATH的添加可使TPU的力學(xué)性能有明顯的提高。隨著納米ATH添加量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度相應(yīng)增加，在ATH含量為4%

4、時，拉伸強(qiáng)度增幅為65%。而斷裂伸長率隨著納米ATH添加量的增加，存在極大值現(xiàn)象，在ATH含量為3%時，斷裂伸長率達(dá)到最大值645%，即使ATH的含量達(dá)到5%，復(fù)合材料的斷裂伸長率仍然高于純TPU。(4)對比納米ATH、納米Mg(OH)2、微米ATH改性TPU的效果，采用原位聚合法制得的TPU/ATH納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，既高于TPU/Mg(OH)2納米復(fù)合材料，又遠(yuǎn)高于TPU/ATH微米復(fù)合材料。(5)添加納米粒子可使TP

5、U的難燃性能有明顯的提高，但在相同添加量時，TPU/ATH納米復(fù)合材料難燃性高于TPU/Mg(OH)2納米復(fù)合材料。當(dāng)添加量為5%時，TPU/ATH納米復(fù)合材料氧指數(shù)(OI)達(dá)到31，而TPU/Mg(OH)2納米復(fù)合材料氧指數(shù)為30。(6)DSC分析表明納米ATH的添加沒有改變TPU微相分離結(jié)構(gòu)，但使TPU軟段的玻璃化溫度和硬段的分解溫度有所提高，說明納米ATH既存在于聚氨酯大分子軟段區(qū)又存在于硬段區(qū)；TGA-DTA分析表明，納米ATH