不饱和聚酯聚氨酯纳米复合材料的研究

【摘要】不饱和聚酯聚氨酯树脂(UPPU)品种多、应用广泛,但因其固化后硬而脆、易开裂、耐磨性差等缺点,大大限制了它在生产实践中的应用。采用纳米材料对UPPU进行增强改性是提高材料性能的有效途径。纳米凹凸棒(AT)为一维纳米结构,具有一些独特的物理和化学性能,能够耐高温、耐腐蚀。因具有很高的长径比及表面活性,表面覆盖有大量的羟基,故在聚合物基体中很容易发生团聚现象。为了提高纳米粒子在聚合物基体中的分散能力,同时增强纳米粒子与不饱和聚酯聚氨酯树脂之间的界面结合力,需对纳米凹凸棒进行表面处理。本研究以不饱和聚酯聚氨酯树脂为基体树脂,通过使用不同的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)及所合成的活性偶联剂对纳米凹凸棒进行改性,采用化学接枝法将改性后的纳米凹凸棒接到UPPU上制备了不同纳米粒子含量的AT/UPPU纳米复合材料。通过红外光谱扫描仪(FT-IR).扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析(TGA)、力学性能分析等多种测试方法对纳米凹凸棒改性前后的化学结构、形貌、晶型、热稳定性及AT/UPPU纳米复合材料的化学结构、形貌、热稳定性及力学性能进行了表征。经偶联剂处理后,纳米凹凸棒分散均匀,红外检测有偶联剂官能团,表明纳米凹凸棒表面有偶联剂存在,改性纳米凹凸棒已成功接枝到不饱和聚酯聚氨酯树脂中。纳米凹凸棒经偶联剂改性及超声分散处理后,以细小的棒状晶束存在,单个纳米凹凸棒的棒晶长度在1μm左右。添加不同含量改性纳米凹凸棒的复合材料的断面SEM照片显示,当分散到UPPU中的改性纳米凹凸棒的含量在1.5%以下时,UPPU断面的纹路比较直,由此推断它的断裂方式为脆性断裂,而且纳米凹凸棒也能较好地分散到UPPU树脂中。当添加2.5%改性纳米凹凸棒时,出现团聚现象,其断面形貌发生了严重的改变。当纳米凹凸棒添加量继续增加时,SEM图上纳米凹凸棒团聚现象更加严重。由于使用偶联剂进行表面改性,改性后纳米凹凸棒亲油性提高,当添加其到UPPU中时,经TGA检测,复合材料的热稳定性得到改善,这主要是因为偶联剂改性粘土粒子使其与聚合物相容性提高,从而增强了聚合物复合材料的热稳定性。XRD结果表明：改性前后纳米凹凸棒的晶型并没有发生改变,未改性的UPPU和UPPU/纳米凹凸棒复合材料显示出相似的XRD特征峰,这表明所测样品是典型的非晶态材料,加入纳米凹凸棒后并没有破坏UPPU本身的晶型。采用偶联剂KH-560改性AT添加到不饱和聚酯聚氨酯树脂中得到复合材料性能最好,当纳米凹凸棒的加入量为1.5%时,纳米粒子在UPPU中几乎没有团聚现象。改性后,AT/UPPU纳米复合材料的拉伸强度与弯曲强度较改性前分别提高了89%和166.7%。当加入量为2.5%时,热稳定性得到增强,其分解温度较改性前提高了52℃,纳米粒子出现团聚现象,力学性能也随之下降。
【作者】魏小赟；
【导师】杨保平；崔锦峰；
【作者基本信息】兰州理工大学，化学工艺，2014，硕士
【关键词】不饱和聚酯聚氨酯；纳米凹凸棒；偶联剂；改性；纳米复合材料；

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