2001年6月ACTAPOLYMERICASINICAJun.,2001聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构与性能3马继盛漆宗能33张树范(中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室分子科学中心北京100080)摘要采用插层聚合法合成了综合力学性能优异的聚氨酯Π蒙脱土纳米复合材料.X2射线衍射结果表明,蒙脱土以平均层间距不小于415nm的宽分布分散在聚氨酯基体中.加入715wt%左右的蒙脱土,复合材料的拉伸强度高于纯PU基体的2倍,断裂伸长率则高于纯PU基体的4倍以上.TGA分析表明,聚氨酯Π蒙脱土纳米复合材料的热稳定性略有提高.关键词纳米复合材料,聚氨酯,蒙脱土,插层聚合聚合物Π层状硅酸盐纳米复合材料是最近10余年来迅速发展起来的新材料,由于其具有常规复合材料所没有的形态和较常规聚合物基复合材料更优异的性能等而引起科技界和工业界的广泛关注.这方面的大量工作集中在塑料材料的增强、增韧及其机理和应用开发的研究[1],而在弹性体Π层状硅酸盐纳米复合材料方面则报道较少.聚氨酯(PU)弹性体是一类应用广泛的聚合物材料.其高性能化研究包括在逐步聚合过程中调节其分子链结构和加入有机无机填料.通常在PU中引入填料不能同时增强和增韧,在强度提高的同时其弹性2断裂伸长率会下降[2].Pinnavaia等[3]利用插层聚合首先制备了聚氨酯Π蒙脱土纳米复合材料(PUΠClay),研究了有机蒙脱土在多元醇聚醚中的分散性.Zilg等[4]将一种氟云母引入聚氨酯基体制备的纳米复合材料其拉伸强度和断裂伸长率同时提高.Chen等[5,6]利用引入聚羟基己内酯Π蒙脱土的方法合成了新型的PUΠClay复合材料,少量PCLΠClay的引入可使PUΠClay的综合性能大幅度提高,但大量加入会使PUΠClay失去弹性而转变为结晶性塑料.本文选用一种烷基氯化铵插层处理过的蒙脱土,利用插层聚合的方法制备了综合性能优异的弹性体PUΠClay纳米复合材料,其拉伸强度提高为纯PU基体的2倍以上,断裂伸长率提高为纯PU基体的4倍以上.1实验部分111原料二羟基聚氧化丙烯醚(PPG1,Mn=1000;PPG2,Mn=2000,北京化学试剂公司).三羟基聚氧化丙烯醚(GPO3,Mn=3000,Dow化学公司).甲苯22,42二异腈酸酯(TDI,化学纯,北京西单化工厂).钠2蒙脱土(阳离子交换容量CEC=90～100mmolΠ100g,粒径40～70μm,张家口清河化工厂).112有机蒙脱土的制备浓度为5wt%钠2蒙脱土水溶液于80℃搅拌状态下滴加过量的十六至十八烷基氯化铵水溶液,1h后抽滤,并用水洗至无Cl-(用011molΠL的AgNO3溶液检测无白色沉淀),真空干燥至恒重并研碎成约50～90μm的粉末.113PU和PUΠ蒙脱土纳米复合材料的合成采用两步法合成PU和PUΠClay纳米复合材料.第一步,将PPG1和PPG2的混合物在电磁搅拌过程中于110℃下真空(<266164Pa)脱水脱气1h,然后与过量的TDI在85℃反应2h后停止加热,趁热脱气30min,得到A组分;将GPO3在110℃真空脱气2h作为B组份.第二步,在室温下将A组分与B组分按一定比例均匀混合后倒入玻璃模具(分别为100mm×70mm×1mm、70mm×50mm×5mm)中于85℃下熟化10h即得PU.分别将PPG1、PPG2、GPO3与蒙脱土按一定比例在密封容器中搅拌2h,使蒙脱土均匀分散于多羟基聚醚中,在PU的制备过程中分别使用这三种蒙脱土的多羟基聚醚混合物即得到PUΠ蒙脱土纳米复合材料(分别记作:PU1ΠMMT、PU2ΠMMT、PU3ΠMMT).为研究蒙脱土对复合材料性能的影响,三种多羟基聚醚的加入比例保持恒定.32000206205收稿,2000209208修稿;国家自然科学基金重点基金资助项目(基金号59833310);33通讯联系人325326高分子学报2001年114测试广角X2射线衍射法(WAXD)测试采用日本理学RigakuDΠMax2400X2射线衍射仪进行连续记谱扫描,实验条件为CuKα(λ=01154mm)辐射,后单色管,管电压40kV,管电流100mA,扫描速率2(°)Πmin.样品为10mm×10mm×1mm的光滑小片.使用Instron21122力学性能测试仪(美国CSI公司生产)按ASTMD882标准测试PU和PUΠ蒙脱土纳米复合材料的拉伸性能,试样尺寸100mm×10mm×1mm,拉伸速度500mmΠmin,每组试样5个,测试结果取平均值.热失重分析采用Perkin2Elmer7系列热分析系统,温度范围,室温至700℃,升温速率20KΠmin,氮气氛围.2结果与讨论211有机蒙脱土对PUΠClay复合材料WAXD的影响钠2蒙脱土在多元醇聚醚中不能均匀分散,所以无法直接进行插层聚合反...
