纳米稀土形态结构控制对其热塑性聚氨酯复合弹性体影响研究

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1、学校代码：10259学号：密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：纳米稀土形态结构控制对其热塑性聚氨酯复合弹性体影响研究英文题目：StudyofNanoRareEarthStructureControlandItsEffectontheThermoplasticPolyurethaneElastomer专业：材料化学工程学院：材料科学与工程研究方向：聚氨酯弹性体姓名：刘东伟指导教师：贾润萍2017年4月8日纳米稀土形态结构控制对其热塑性聚氨酯复合弹性体影响研究摘要由于稀土元素具有独特的4f-5d

2、空轨结构，易与高分子结构中的O、N元素形成配位键，进而改善高分子的性能。热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是分子链上含有氨基甲酸酯基团（-NHCOO-）的聚合物，富含O、N元素。将稀土元素引入TPU弹性体的分子结构中，有望在稀土元素和TPU弹性体之间形成牢固的配位键，实现对TPU弹性体的配位改性，藉此提高TPU的热学和力学等综合性能。稀土改性TPU的效果主要取决于其在TPU基体中的分散程度，而决定稀土分散性的关键则是其微观形态结构和尺寸大小。基于以上背景，本文以纳米氧化镧（La2O3）为研究对象，系统

3、考察了其形态结构对TPU弹性体性能的影响情况。首先采用具有独特纳米空腔结构的树枝状大分子（聚酰胺-胺CYD-K100、CYD-2004和G4.0）为模板剂，诱导控制制备出不同形态结构（片状、棒状、花瓣状和针簇状）的纳米氧化镧。其次，将稀土化合物引入TPU原位本体聚合中，得到纳米La2O3/TPU弹性体复合材料。系统研究了纳米氧化镧的微观形态结构及尺寸大小，对纳米La2O3/TPU弹性体复合材料的组成、微观结构和性能（热学、力学和生物）的影响研究。FTIR、XRD、SEM表征结果证实不同形态结构的

4、纳米氧化镧能够与TPU相互作用，促进了TPU的微相分离程度。研究结果表明，纳米氧化镧的形态结构对TPU性能影响的强弱顺序为，花瓣状>棒状>片状>针簇状。当纳米氧化镧引入量为0.5wt%时，花瓣状的纳米氧化镧改性的TPU复合材料最大分解温度提高了23.5℃（7.0%）；拉伸强度提高了21MPa（73.7%），断裂伸长率提高了（209%）49.1%；表面能降低了20.1mN/m-1（49.5%）；蛋白吸吸附量降低了1.02mg（38.3%），显示出优良的的综合性能。这是因为花瓣状的纳米氧化镧具有较大

5、的比表面积和较高的表面活性，能够更好的与TPU弹性体结合。关键词：聚氨酯；纳米稀土；形态结构；弹性体；复合材料。FabricationandPerformanceofRareEarthModifiedThermoplasticPolyurethaneElastomerAbstractAstherareearthelementhasaunique4f-5dstructure,andO,Nelementsofthepolymerareeasilytoformcoordinationbonds,the

6、rebyimprovingtheperformanceofpolymers.Thermoplasticpolyurethaneelastomer(TPU)isapolymercontainingacarbamategroup(-NHCOO-)inthemolecularchain,richinO,Nelements.TheintroductionofrareearthelementsintothemolecularstructureofTPUelastomersisexpectedtoforma

7、strongcoordinationbondbetweenrareearthelementsandTPUelastomerstoachievethecoordinationofTPUelastomers,therebyenhancingthethermalandmechanicalpropertiesofTPUperformance.TheeffectofrareearthmodifiedTPUdependsmainlyonitsdispersioninTPUmatrix,andthekeyto

8、determiningthedispersibilityofrareearthisitsmicrostructureandsize.Basedontheabovebackground,thispaperstudiedtheeffectofitsmorphologicalstructureonthepropertiesofTPUelastomersbyusingnanometerlanthanumoxide(La2O3)astheresearchobject.(Polyamide-amineCYD