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第28卷 第 11期 应 用 化 学 V01．28Iss．11 2011年 11月 CHINESEJOURNALOFAPPUEDCHEMISTRY Nov．2011 原位聚合法制备纳米二氧化硅／聚氨酯复合树脂 郭 建。 章于川 吴 兵 (。安徽大学化学化工学院 合肥 230039；安徽安大中鼎橡胶技术开发有限公司 合l／e,) 摘 要 采用高压剪切分散(HPSH)的方法先将纳米SiO：分散在合成聚氨酯原料中，再应用原位聚合的方法 制备了纳米SiO：／聚氨酯复合树脂。用热重分析、动态机械热分析(DMTA)和扫描电子显微镜等测试技术研 究了纳米SiO的用量及其分散方法对聚氨酯树脂的热稳定和力学性能的影响。结果表明，二苯甲基二异氰酸 酯(MDI)中的一Nc0和纳米 SiO表面的一0H发生了化学反应，SiO表面的包覆率约为7％；通过高压剪切分 散的方法能够使纳米SiO：在聚氨酯基体中均匀的分散开来，粒径为30—40am，而超声处理的纳米 SiO，会聚 集约为200nm聚集体。当SiO：的添加质量分数为3％时复合树脂(HPSH处理 SiO)的拉伸强度和断裂伸长 率均达到最大值，分别为84．3MPa和438．7％。此外，与纯树脂相比，复合树脂(4％纳米 SiO：)的 、 和 -50％ 分别增加了17．2、9和21 。 关键词 聚氨酯树脂，纳米二氧化硅，高压剪切分散，原位聚合，热稳定性，拉伸强度，动态力学性能 中图分类号：O631；TQ630．7 文献标识码 ：A 文章编号：1000-0518(2ol1)11-1244-06 DOI：10．3724／SP．J．1095．20l1．0o657 由于聚合物／无机纳米复合材料能集无机材料(刚性、热稳定性)和有机聚合物(弹性、柔软性和易 加工性)各 自优良性能于一体，故其在材料科学和纳米技术领域一直受到广泛关注l14。。 聚氨酯由于其具有优异的耐磨性能、弹性、硬度、耐溶剂性以及耐候性，使其成为一种高性能聚合物 材料，但它的机械性能和热稳定性还不足以满足某些工程应用的需求。在过去的几年里，人们致力于研 究通过添加无机纳米粒子来改善聚氨酯的力学性能和热稳定性 引。纳米SiO粉体是 目前应用最广泛 的纳米材料之一，其制备简单、原料易得和综合性能优良，同时其表面有较丰富的硅羟基，为其表面化学 改性、与高分子材料的复合提供了有利条件。近来Lee等 合成了聚醚型聚氨酯／SiO：纳米复合体系。 结果表明，纳米SiO的加入提高了聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率。 本实验中，采用高压剪切分散的方法直接将未改性的纳米SiO预先分散在聚氨酯原料中，然后采 用原位聚合的方法制得纳米SiO／聚氨酯复合树脂。高压剪切分散法(即在80MPa高压下)是指当含 有纳米粉体的流体通过一狭窄流道时，团聚的粉体会受到高剪切的分散作用，当它高速流出流道进入外 腔时，又在突然释压、高速撞击等强烈的共同作用下，纳米SiO粉体被强迫分散成原始粒径的单个纳米 颗粒。在此微尺度的条件下，伸展的聚合物二元醇链一旦与其发生有效碰撞，就会通过二者之间的相互 作用首先形成物理包覆，从而使粉体以纳米尺度均匀地分散。在此状态下，通过原位聚合使二苯甲基二 异氰酸酯(MDI)与SiO表面的羟基以及吸附的聚合物二元醇发生接枝反应。如此合成制备的聚氨酯 (PU)／纳米 SiO：复合树脂，较采用超声分散纳米SiO的复合树脂和纯PU树脂有较高的力学性能，且实 验所用纳米SiO无需预先改性，实验操作较为简单。 1 实验部分 1．1 原料和仪器 聚四氢呋喃醚二元醇 (p0lytetramethylene—etherslycol，缩写PTMG，数均分子量M =2000)，聚己二 2010—11-05收稿，2011-01．．09修回 国家科技支撑计划项 目(2007BAE22B02) 通讯联系人：章于川，教授；Tel：0551-5108643；Fax：0551-5329761；E—mail：yuchuanzhang1946@126．eom；研究方向：高性能橡胶的开 发与高分子基纳米复合材料 第 11期 郭建等：原位聚合法制备纳米二氧化硅／聚氨酯复合树脂 酸丁