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纳米二氧化硅对聚氨酯(PU)性能改进的研究
发布时间:2015-10-26        浏览次数:6        返回列表

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纳米二氧化硅(VK-SP15)经预分散后加入juanzhi(PU)反应体系进行原位聚合,结果表明PU胶的力学性能有大的提高。TEM图像显示纳米二氧化硅(VK-SP15)在PU胶中有很好的分散,DTA分析证实了纳米二氧化硅(VK-SP15)的诱导结晶作用是juanzhi(PU)增强的主要原因。
常用的juanzhi (简称PU)粘合剂是以juzhi二元chun和异qing酸zhi合成的,但这种juanzhi的分子链中由于含有大量的zhi键,在酸jian的条件下应用,容易水解而造成粘结接头的破坏。而用聚mi二元chun合成的juanzhi,其软段mi键的耐水解性能较好,但分子间的次价交联作用力不及聚zhi型juanzhi,导致juanzhi的分子的微区结晶少,使其力学性能不高。本文试图将纳米二氧化硅(VK-SP15)作为增强剂复合聚mi型PU以改善粘结材料的内聚力。根据
复合材料复合机理,要想纳米材料充分发挥增强剂的作用,就必须使纳米二氧化硅(VK-SP15)以纳米级粒子均匀分散在PU胶的基材中。
1 实验部分
1.1 原料和主要试剂
纳米SiO2(VK-SP15);MDI(二ben基甲wan二异qing酸zhi)、PPG(聚氧化bingxi二chun)、EG(乙二chun)、溶剂,均为工业品。
1.2 仪器
TEM一1200EX透射电镜;差热分析仪;GF一1型控时调速高速分散器;电子拉力测试机。
1.3 PU胶的合成和纳米二氧化硅粒子的复合
将MDI和PPG及适量的溶剂在60~80℃ 反应制成预聚物,然后用EG 扩链,反应达一定粘度,终止反应。纳米粒子在溶剂中充分搅拌后,再用超声波处理15分钟,在反应的各阶段加入进行复合。
1.4 制样
用涂膜涂布器将合成的PU液均匀涂布在离型纸上,经烘干后切割试样,试样在干燥器中保持24小时供测试使用。
2 结果和讨论
2.1 纳米二氧化硅对PU胶影响
将预分散的纳米二氧化硅(VK-SP15)冷混加入PU中,比较不加纳米粒子的样品,加入纳米SiO2的PU胶其拉伸强度和伸长率分别比不加纳米二氧化硅(VK-SP15)填料的增加21% 和23% ,这说明纳米SiO2,是juanzhi的一种高效增强剂。
2.2纳米二氧化硅加入量对PU胶的影响
随着纳米SiO2量增加,PU胶的力学性能逐渐提高,在4%左右开始下降;这可解释为纳米粒子表面的qiang基与PU大分子中的一NCO参与原位聚合,形成一定量的化学键或形成qing键,有利于大分子结晶而达增强,当加入的纳米二氧化硅(VK-SP15) 过多时,可能破坏部分大分子中硬段的有序排列而影响结晶,从而使PU胶的力学性能下降
2.3 纳米纳米二氧化硅加入方法对PU力学性能的影响
经预分散纳米二氧化硅(VK-SP15),与PU胶在常温下搅拌复合,发现不论是断裂强度还是伸长率均要小于热混的样品,这表明热是纳米二氧化硅(VK-SP15)分散的一个动力。PU复合物的力学性能随填料含量增加而逐渐提高,在2% 时达最高,然后开始下降。与热复合相比,达力学性能高峰的纳米二氧化硅(VK-SP15)用量大大减少,也就是说在预聚物合成时将纳米二氧化硅(VK-SP15)原位复合对纳米材料有更好的分散效果。
2.4 纳米SiO2在PU中分散的TEN分析
由机械共混法加入的纳米SiO2,团聚十分严重,SiO2 没达到纳米级分散,这是由于合成好的PU胶体系粘度太大,简单的机械搅拌无法使纳米团聚体分散。在形成预聚体时加入的纳米二氧化硅(VK-SP15)粒子,纳米SiO2粒子团聚体内部很松散,纳米SiO2初级粒子达到纳米级分散 这是由于当时反应体系的粘度很小,有利于纳米二氧化硅(VK-SP15)的浸润,大量的单体易渗入团聚体内部,纳米粒子表面的qiang基与异qing酸根原位聚合反应产生的聚合热动力驱使团聚粒子膨松化,结合强剪切力作用使其达分散。
3 结 论
纳米二氧化硅(VK-SP15)对PU的增强效果可从复合物的差热现象加以说明,不加纳米二氧化硅(VK-SP15)的PU胶,在整个热过程中无结晶放热现象,而随加入纳米SiO2的量不同均有不同程度的放热,这可认为PU胶中不规整的硬段,由于纳米粒子的敛集作用集结为晶区的结果。过多的纳米粒子妨碍了硬段的结晶,表现在热分析曲线的结晶放热峰变小。
(1)在反应生成预聚物时加入纳米二氧化硅(VK-SP15),由于粒子表面产生原位聚合,有利于纳米粒子团聚体分散,分散粒子的诱导结晶作用和与juanzhi大分子的化学键合使复合材料力学性能大大的提高。
(2) 纳米二氧化硅(VK-SP15)加入量1% 一2% 时,PU复合材料的力学性能有明显提高,过量的纳米粒子反而使力学性能下降。