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《太原理工大学》 2003年
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聚氨酯/沸石分子筛有机—无机复合材料的制备及性能的研究

袁晓芳  
【摘要】: 聚氨酯弹性体由于综合性能出众而被广泛应用,但由于其耐热、耐极性溶剂性能不好,所以其应用还是受到一定程度的限制。为了进一步拓宽其应用领域,本文考察研究了聚氨酯/沸石分子筛、聚氨酯/有机蒙脱土复合材料的力学性能、耐热性能及耐极性溶剂性能。 本文首次提出了“孔约束”的理论假说,即在高分子材料聚合过程中,线型分子的一端通过化学键或超分子作用力插入分子筛的孔道中形成硬端,而另一端则与其它单体分子缩合或聚合形成高分子材料的软端;在此假说的基础上,设计了一类孔约束型有机—无机复合高分子材料的新模式,即聚氨酯/沸石分子筛复合材料。 分子筛是一类硅酸盐材料,其对物质分子的吸附具有择形选择性,本文所选的是微孔分子筛。由于分子筛晶穴内部有强 太原理工大学硕士学位论文 摘要 大的库仑场和极性作用,再加上骨架中大量平衡骨架负电荷的 可交换阳离子的暴露造成的高电场梯度及表面的不均性,使其 对水、极性分子及可极化的分子具有高选择的吸附性能。所以 当把分子筛加入到低聚物多元醇中后,第一由于低聚物多元醇 是略具极性的分子,第二由于直链分子的动力学半径(约 o.49nm)小于所选分子筛的孔口尺寸,所以低聚物多元醇分子 就会蠕动进入分子筛孔内,且一端吸附在孔内,固定于填料表 面;另一端留在孔外,与孔外的甲苯二异氰酸醋反应,形成以 分子筛为铰链的交联聚合物,分子筛的存在使聚合物交联的密 度提高;另外,由于分子筛表面富含硅轻基,所以异氰酸酷的 一端可与经基发生化学反应进而通过形成化学键接枝到分子筛 上,另一端的反应活性则又使聚合物分子与分子筛牢固结合在 一起而形成网状结构,从而提高了聚氨醋弹性体的力学性能、 耐热性能及耐极性溶剂性能。 本文通过XRD、FTIR、TG等分析手段对复合材料的结晶 形态、分子筛表面的反应性及其对聚合物的吸附组装进行了考 察验证。XRD测试结果证实了有机蒙脱土在聚氨酷体系中能 够剥离成纳米粒子,而聚氨醋/沸石分子筛复合材料中分子筛 仍保持原来的晶型结构;FTIR谱图验证了异氰酸酷(TDI)可 太原理工大学硕士学位论文摘要 与沸石分子筛表面的硅经基进行接枝反应形成稳定的化学键; 而TG分析结果则进一步证实了分子筛的穿孔机理。 本文详细比较了沸石分子筛、有机蒙脱土等填料对聚氨醋 的改性效果。力学性能、耐热性能、耐溶剂性能的测试结果均 显示:无论在聚酷(PEG)、聚醚(PPG)还是聚四亚甲基醚 二醇(PTMEG)体系中,当采用一步法工艺、氰轻比(NCO/OH) 为1.1时,填料含量为5%的聚氨酷的综合改性效果最好,与 纯PU相比,经分子筛改性的聚氨醋的扯断伸长率、耐撕裂强 度、抗张强度、耐溶剂性最好可分别提高70%、80%、100%、 40%以上;沸石分子筛和有机蒙脱土改性的聚氨酷的各项性能 均优于普通无机填料粒子改性的聚氨酷;沸石分子筛改性的聚 氨酷的力学性能和耐热性能基本与有机蒙脱土改性的聚氨酷相 当,而耐溶剂性优于后者。 本文讨论了分子筛改性聚氨酷的特殊机理,不仅为聚氨酷 改性提供了一种新的方法,同时也为改性聚合物提供了一个新 的思路。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB33

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