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企業(yè)動態(tài): 納米二氧化硅對聚氨酯（PU）性能改進的研究

點擊次數(shù):642 發(fā)布時間:2010/1/21 9:54:00 源自:杭州萬景新材料有限公司; 納米二氧化硅對聚氨酯（PU）性能改進的研究
摘要：將納米二氧化硅（VK-SP15）經(jīng)預分散后加入聚氨酯（PU）反應體系進行原位聚合，結(jié)果表明PU膠的力學性能有大的提高。TEM圖像顯示納米二氧化硅（VK-SP15）在PU膠中有很好的分散，DTA分析證實了納米二氧化硅（VK-SP15）的誘導結(jié)晶作用是聚氨酯（PU）增強的主要原因。
關(guān)鍵詞：納米二氧化硅；聚氨酯；膠黏劑；PU膠
常用的聚氨酯(簡稱PU)粘合劑是以聚酯二元醇和異氰酸酯合成的，但這種聚氨酯的分子鏈中由于含有大量的酯鍵，在酸堿的條件下應用，容易水解而造成粘結(jié)接頭的破壞。而用聚醚二元醇合成的聚氨酯，其軟段醚鍵的耐水解性能較好，但分子間的次價交聯(lián)作用力不及聚酯型聚氨酯，導致聚氨酯的分子的微區(qū)結(jié)晶少，使其力學性能不高。本文試圖將納米二氧化硅（VK-SP15）作為增強劑復合聚醚型PU以改善粘結(jié)材料的內(nèi)聚力。根據(jù)復合材料復合機理，要想納米材料充分發(fā)揮增強劑的作用，就必須使納米二氧化硅（VK-SP15）以納米級粒子均勻分散在PU膠的基材中。
1 實驗部分
1．1 原料和主要試劑
納米SiO2（VK-SP15）；MDI(二苯基甲烷二異氰酸酯)、PPG(聚氧化丙烯二醇)、EG(乙二醇)、溶劑，均為工業(yè)品。
1．2 儀器
TEM一1200EX透射電鏡；差熱分析儀；GF一1型控時調(diào)速高速分散器；電子拉力測試機。
1．3 PU膠的合成和納米二氧化硅粒子的復合
將MDI和PPG及適量的溶劑在60～80℃ 反應制成預聚物，然后用EG 擴鏈，反應達一定粘度，終止反應。納米粒子在溶劑中充分攪拌后，再用超聲波處理15分，在反應的各階段加入進行復合。
1．4 制樣
用涂膜涂布器將合成的PU液均勻涂布在離型紙上，經(jīng)烘干后切割試樣，試樣在干燥器中保持24小時供測試使用。
2 結(jié)果和討論
2．1 納米二氧化硅對PU膠影響
將預分散的納米二氧化硅（VK-SP15）冷混加入PU中，比較不加納米粒子的樣品，加入納米SiO2的PU膠其拉伸強度和伸長率分別比不加納米二氧化硅（VK-SP15）填料的增加21％和23％，這說明納米SiO2，是聚氨酯的一種高效增強劑。
2．2納米二氧化硅加入量對PU膠的影響
隨著納米SiO2量增加，PU膠的力學性能逐漸提高，在4％左右開始下降；這可解釋為納米粒子表面的羥基與PU大分子中的一NCO參與原位聚合，形成一定量的化學鍵或形成氫鍵，有利于大分子結(jié)晶而達增強，當加入的納米二氧化硅（VK-SP15）過多時，可能破壞部分大分子中硬段的有序排列而影響結(jié)晶，從而使PU膠的力學性能下降
2．3 納米納米二氧化硅加入方法對PU力學性能的影響
經(jīng)預分散納米二氧化硅（VK-SP15），與PU膠在常溫下攪拌復合，發(fā)現(xiàn)不論是斷裂強度還是伸長率均要小于熱混的樣品，這表明熱是納米二氧化硅（VK-SP15）分散的一個動力。PU復合物的力學性能隨填料含量增加而逐漸提高，在2％時達*高，然后開始下降。與熱復合相比，達力學性能高峰的納米二氧化硅（VK-SP15）用量大大減少，也就是說在預聚物合成時將納米二氧化硅（VK-SP15）原位復合對納米材料有更好的分散效果。
2．4 納米SiO2在PU中分散的TEN分析
由機械共混法加入的納米SiO2，團聚十分嚴重，SiO2 沒達到納米級分散，這是由于合成好的PU膠體系粘度太大，簡單的機械攪拌無法使納米團聚體分散。在形成預聚體時加入的納米二氧化硅（VK-SP15）粒子，納米SiO2粒子團聚體內(nèi)部很松散，納米SiO2初級粒子達到納米級分散這是由于當時反應體系的粘度很小，有利于納米二氧化硅（VK-SP15）的浸潤，大量的單體易滲入團聚體內(nèi)部，納米粒子表面的羥基與異氰酸根原位聚合反應產(chǎn)生的聚合熱動力驅(qū)使團聚粒子膨松化，結(jié)合強剪切力作用使其達分散。
3 結(jié) 論
納米二氧化硅（VK-SP15）對PU的增強效果可從復合物的差熱現(xiàn)象加以說明，不加納米二氧化硅（VK-SP15）的PU膠，在整個熱過程中無結(jié)晶放熱現(xiàn)象，而隨加入納米SiO2的量不同均有不同程度的放熱，這可認為PU膠中不規(guī)整的硬段，由于納米粒子的斂集作用集結(jié)為晶區(qū)的結(jié)果。過多的納米粒子妨礙了硬段的結(jié)晶，表現(xiàn)在熱分析曲線的結(jié)晶放熱峰變小。
(1)在反應生成預聚物時加入納米二氧化硅（VK-SP15），由于粒子表面產(chǎn)生原位聚合，有利于納米粒子團聚體分散，分散粒子的誘導結(jié)晶作用和與聚氨酯大分子的化學鍵合使復合材料力學性能大大的提高。
(2) 納米二氧化硅（VK-SP15）加入量1％一2％時，PU復合材料的力學性能有明顯提高，過量的納米粒子反而使力學性能下降。

杭州萬景新材料有限公司
電話：0571-88920936

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納米二氧化硅對聚氨酯（PU）性能改進的研究

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