增强聚氨酯材料力学性能的工艺研究文献综述

 2022-11-09 11:48:53

  1. 序言

聚氨酯(Polyurethane,简称PU)是主要由多异氰酸酯(主要为二异氰酸酯)与多元醇(包括聚酯多元醇和聚醚多元醇)通过逐步加成聚合而成的一类含有重复的氨基甲酸酯键(-NHCOO-)的一类高分子化合物,是聚氨基甲酸酯的简称[1]。因其具有软硬度调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点,可广泛用于涂料,胶粘剂,弹性体,印染助剂和皮革涂饰剂,泡沫,纤维以及药物载体[2-5]等领域。然而,其也存在着高温性能差,力学性能不足等缺点。为了改善其不足,进一步拓宽聚氨酯的应用领域,各国学者对聚氨酯进行了一系列的改性研究,如纳米粒子共混改性[6]、聚合物共混改性[7, 8 ]、熔融共混改性[9]、纤维增强改性[10]等。其中对聚氨酯进行互穿网络改性已成为聚氨酯改性研究的一大热点。

  1. 改性机理

互穿网络聚合物( Interpenetrating Polymer Network, IPN )是指由两种或两种以上聚合物相互贯穿而形成的聚合物网络体系,如图1,参与互穿的聚合物之间并未发生化学反应,而是相互交叉渗透,机械缠结,起到“强迫互溶”和“协同效应”的作用。这种网络间的缠绕可明显地改善体系的分散性、界面亲和性,从而提高相稳定性,实现聚合物性能互补,达到改性的目的。

图1

  1. 制备方法

网络体系可以通过预聚和一步法进行合成[11],预聚[12]是异氰酸酯和相对分子质量为 1000左右的两官能度或三官能度的聚醚多元醇通过调节-NCO和-OH配比来获得预聚体,然后预聚体与扩链剂三羟甲基丙烷或二乙二醇反应来获得交联网络,这种方法得到的网络体系的玻璃化温度在-25℃左右,如图2所示;一步法是异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂或交联剂、催化剂等几种材料混合在一起,控制一定温度形成的网络结构,可以通过调节聚醚多元醇软链段的长度使网络体系获得较低的玻璃化温度,聚醚多元醇的相对分子质量超过5000时,玻璃化温度可低于-50℃,如图3所示。制备网络所需的扩链剂或交联剂,通称为功能助剂,有的采用高分子材料如硝化棉,也有选用低分子三羟甲基丙烷或二乙二醇等材料,对网络形成和性能的影响起重要的作用[13-16]

图2 图3

  1. 研究现状

4.1 聚丙烯酸类作功能助剂

聚丙烯酸酯(PMA)具有良好的综合力学性能,与聚氨酯形成互穿网络可提高聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率,改善聚氨酯的力学性能。

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