毕业论文-聚氨酯蒙脱土纳米复合材料的制备与性能

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1、青岛科技大学论文引言聚氨酯(polyurethane)是指分子链中重复结构单元为氨基甲酸酯基团的高分子聚合物统称，具有成膜强度高、附着力强、柔韧性好、耐低温和耐磨性好等优点，可应用于不同领域。聚氨酯通常是由低聚物多元醇与多异氰酸酯或其他原料反应而成。而合成聚氨酯的原料丰富多样，因此可根据人们的而要求制成不同用途的聚氨酯成品，正因如此，聚氨酯被称为“可裁剪”的聚合物。随着科学技术的发展，人们对新材料的性能要求越来越苛刻，常规材料往往难以符合人们预期功能要求。将无机填料添加到聚氨酯中虽能起到增强和提

2、高其耐磨性的作用，但往往以损失材料的加工流动性和物理机械性能为代价。纳米复合材料源于20世纪80年代初期，是指分散相尺度至少有一维小于100nIn的复合材料，由于纳米微粒表现出小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等效应，可赋予材料新的功能。聚合物／层状硅酸盐(Polymer／LayeredSilicatePLS)纳米复合材料一直是聚合物纳米复合材料领域的研究热点，蒙脱土(MMT)是最常用和最有应用前景的层状硅酸盐，其价格低廉，储量丰富。聚氨酯／蒙脱土复合材料制备工艺经济适用，可将

3、无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚氨酯的特性完美结合，实现聚氨酯基体与无机物分散相在纳米尺度上的复合，为聚氨酯的应用开辟了广阔的前景。本论文研究了聚氨酯／蒙脱土(PU／MMT)纳米复合材料体系的一种全新的制备工艺及复合材料的结构和性能，丰富了聚氨酯／蒙脱土复合材料的理论和应用研究。29青岛科技大学论文1.文献综述1.1水性聚氨酯的基本特征水性聚氨酯树脂(AqueousPolyurethaneResin)是指聚氨酯树脂溶于水或分散于水中而形成的二元胶态体系[1-2]。聚氨酯树脂一般是由含有两个

4、或两个以上异氰酸酯基(-NCO基)化合物与含两个或两个以上活泼氢化合物（如含羟基、氨基等化合物）反应制得的聚合物。所以，该聚合物的分子结构中含有相当数量的氨酯键(-NHCOO-)。此外，分子结构中还含有醚键(-O-)、酯键(-COOR)、脲键()、脲基甲酸酯键()。正是上述键的存在，使得邻近分子链间有多重氢键，多重氢键的形成使线形聚合物在分子量相对低的情况下，就具有较好的性能。另一方面，聚氨酯可看作是一种含软链段和硬链段的嵌段共聚物，结构模型如图1-1所示。软链段由低聚物多元醇（通常是聚醚或聚醚

5、二元醇）组成，硬链段由多异氰酸酯或与其它小分子扩链剂组成。其基本反应原理如图1-2。图1-1聚氨酯链段结构Fig.1-1Structureofpolyurethanechains29青岛科技大学论文图1-2异氰酸酯反应原理Fig.1-2Reactiveprincipleof-NCOwithextender由于两种链段的热力学不相容性，会产生微观相分离，在聚合物基体内部形成相区或微相区。聚氨酯独特的柔韧性和宽范围的物性可用两项形态学来解释。即聚氨酯的硬段起增强作用，提供多官能度物理交联，软段基体被

6、硬段相区交联。聚氨酯优良的性能首先来源于硬段相区与软段相区之间微观相分离的结果，不单是由于硬段和软段之间的氢键所致。1.2水性聚氨酯的发展进展早在1943年，聚己内酞胺纤维的发明者P.SCHLACK利用六亚甲基二异氰酸酯与N-甲基二氰乙基胺合成强碱性聚氨酯，再用酸处理，生成聚氨酯水溶液[3]。1953年，DUPONT公司的WYANDOTT将由二异氰酸酯与聚酯多元醇制成的异氰酸酯封端的预聚体的甲苯溶液分散于水中，再用二胺扩链合成了水性聚氨酯。60年代末，各国对环境保护越来越严格，推动了水性聚氨酯的

7、快速发展，并于1967年实现了工业化。1972年BAYER公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料使用，引起了世界各国的极大重视。初期的产品是通过强烈搅拌依靠剪切力和大量乳化剂的作用将聚氨酯强制乳化分散在水中，粒径粗大、性能差，不能满足应用要求。到1975年，在聚氨酯分子链中引入亲水基团，使之在水中自乳化，从而得到高性能的聚氨酯分散体，其应用领域也随之拓展。1.3水性聚氨酯的合成方法及工艺聚氨酯的疏水性很强，既不能直接溶于水，也很难分散在水中。因此，用传统的工艺先合成聚氨酯后，再通过强力分散到水中的

8、方法是不能制得水性聚氨酯的。又由于异氰酸酯遇水即迅速反应，也很难在水中进行制备，因此必须采用新的方法来合成水性聚氨酯。对于水性聚氨酯的合成方法，人们己经进行了很多研究[4-8]，D.Dieterich[9]等把水性聚氨酯的制备方法归纳为：外乳化法和自乳化法。1.3.1外乳化法外乳化法又称强制乳化法29青岛科技大学论文[10]，主要是利用聚氨酯的疏水性在乳化剂的作用下，用高剪切力强制分散制备出高浓度的分散体。一般采用的乳化剂为烷基硫酸钠、烷基苯磺酸钠和聚氧乙烯醚等。这种聚氨酯由于不易溶于水，因此需