聚苯乙烯-凹凸棒土、聚氨酯-凹凸棒土及其復(fù)體系的制備及性能研究.pdf

1、近年來,聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料是以聚合物為基體、填充納米尺度的無機(jī)顆粒所形成的高分子復(fù)合材料,能將無機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的韌性、可加工性完美地結(jié)合,表現(xiàn)出良好的力、熱等特性,具有重要的實(shí)用價(jià)值。凹凸棒土(Attapulgite,簡(jiǎn)稱AT)是一種具有纖維狀結(jié)構(gòu)的水合鎂鋁硅酸鹽。AT晶體形狀為纖維狀,其理想分子式為:[Mg5Si8O20(OH2)4·4H2O]。纖維長(zhǎng)約0.5-1μm,直徑50nm,長(zhǎng)徑比為20:1。<

2、br>　　 聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)是重要的高分子工程材料。PS原料易得、性能好、成本低,主要缺點(diǎn)是耐熱性差,脆性大。PU具有諸多優(yōu)良特性,已廣泛應(yīng)用于各行業(yè),然而熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能有待進(jìn)一步改善。
　　 為了克服PS和PU的缺點(diǎn),我們通過原位聚合的方法制備了PS/AT、PU/AT、PU/PS和AT/PU/PS互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物:
　　 1)采用原位聚合的方法成功地制備了PS/AT納米復(fù)合材料。從TEM圖可觀察到

3、AT不規(guī)則分散在PS基體中,DSC和DMA結(jié)果顯示PS和AT之間存在相互作用,從而使得復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和玻璃化溫度較純PS都有明顯提高。TGA結(jié)果顯示隨著AT含量的逐漸增大,復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性得到改善。并且用Coats-Redfern方程描述了PS/AT納米復(fù)合材料的熱降解性能,結(jié)果表明:熱分解活化能隨著AT含量的增加而提高。
　　 2)采用原位聚合的方法成功地制備了PU/AT納米復(fù)合材料。SEM觀察表明AT能以納米級(jí)別分散在

4、PU基體中。DMA結(jié)果顯示AT的加入使PU/AT復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和Tg向高溫移動(dòng),在整個(gè)溫度范圍內(nèi)明顯高于純PU,并且由理論計(jì)算得出AT的加入增加了PU分子鏈的物理交聯(lián)密度,提高了氫鍵斷裂活化能。由于AT表面豐富的硅羥基能夠與PU的硬段發(fā)生相互作用,增強(qiáng)了高分子間的鍵合力,從而提高了聚氨酯材料的拉伸斷裂強(qiáng)度,并且在一定范圍內(nèi)提高了PU/AT納米復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng),從而AT能提高PU/AT納米復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　 3)采用

5、原位聚合的方法成功地制備HPU/PS-IPNs(互穿網(wǎng)絡(luò))復(fù)合材料。2-羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)為端基的聚氨酯(HPU)由聚四氫(PTMG),二異氰酸酯(TDI)和HEMA聚合而成。在偶氮異丁腈(AIBN)引發(fā)作用下,HPU與單體苯乙烯(St)聚合成HPU/PS-IPNs。SEM與DMA測(cè)試顯示,HPU/St為50/50時(shí)形成的網(wǎng)絡(luò)中各組分相容性最好。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,HPU/PS-IPNs在HPU/St為10/90時(shí),其拉伸強(qiáng)度

6、比純PS提高了164％。
　　 4)采用原位聚合的方法成功地制備AT/HPU/PS-IPNs復(fù)合材料。凹凸棒土(AT)經(jīng)過提純,在超聲波的作用下均勻分散在苯乙烯單體中,再加入聚氨酯大單體與引發(fā)劑AIBN,制備凹凸棒土(AT)/聚氨酯大單體/苯乙烯(PU/PS-IPNs)復(fù)合材料。SEM觀察表明AT能以納米級(jí)別分散在HPU/PS-IPNs基體中。DMA結(jié)果顯示AT的加入使HPU/PS-IPNs復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和Tg向高溫移動(dòng)。力