基于超支化增容体系的硅橡胶/聚氨酯热塑性弹性体制备及性能研究

作     者：罗小刚 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷彩红

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：热塑性弹性体 增容剂 超支化聚合物 动态硫化 

摘      要：硅橡胶(VSR)／聚氨酯(TPU)动态硫化热塑性弹性体(TPSiV)是一种性能优异的耐高温热塑性弹性体,国外已有成熟产品,国内研究较少,其制备技术难题在于解决TPU与VSR的两相相容性。加入增容剂是改善共混体系相容性的常见方式。近年来,超支化聚合物在高分子材料改性应用中受到较大关注,将其用作增容剂应用相对较少,本文合成了一种有机硅改性超支化聚氨酯(HPU-Si)作为改善VSR/TPU共混体系相容性的增容剂,并基于该超支化结构增容体系开发出性能优异的TPSiV。首先采用AB2单体法合成了一种超支化聚氨酯(HPU),对所合成的超支化聚氨酯进行羟基含量测定,羟值为41.1,通过对超支化聚氨酯13C-NMR分析,成功证实了HPU的超支化结构,其支化度为0.73。根据HPU羟基含量摩尔比接入改性硅油,合成了HPU-Si,利用红外光谱与XPS表征了HPU-Si的分子结构,激光散射测试HPU-Si的Mw为(3.1±0.1)×104,HPU-Si的热分解温度为300℃,热分解温度在VSR/TPU共混体系的加工温度之上。HPU-Si能有效提高VSR/TPU共混体系的机械力学性能,当用量为3phr时,TPSiV拉伸强度与断裂伸长率达到最大值13.94MPa和573%,分别比空白样增加了72.1%、38.4%。通过流变实验证实了HPU-Si在VSR与TPU相界面形成了界面层,改善了体系相容性。从SEM图推导可知,增容剂HPU-Si降低了VSR与TPU两相界面张力,增加了其界面结合力,并细化了VSR的分散尺寸考察了制备TPSiV的工艺,研究结果表明：190℃为最佳加工温度,最佳转速确定为70r/min,最佳共混时间控制为6min。通过对材料力学性能与微观相态扫描电镜图数据分析,不同顺序的加工方式对材料物理性能影响较大,同时加入VSR、 TPU熔融共混6min,再加入硫化剂进行动态硫化为最佳加工方式。对比研究了分别采用DBPH(2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷)与DCP(过氧化二异丙苯)两种不同硫化体系制备TPSiV的性能,研究结果表明：采用DBPH硫化体系制备的TPSiV综合性能更为优异,使用DBPH硫化体系制备的TPSiV具有优良的重复加工性能与耐老化性能。对制备TPSiV过程中的动态硫化过程进行了相态追踪,在动态硫化后的第6min时,VSR相在TPU相中基本分布均匀,分散相VSR尺寸明显减小,在9min内,体系相态结构完善,完成了动态硫化过程。当TPSiV中VSR含量低于50%时,橡胶相VSR以几十纳米或几微米的细小颗粒均匀分布于连续相TPU中,体系相反转发生在橡塑比为50：50～60：40的区间,随着体系中VSR含量的增加,材料的耐溶剂性变差,熔体指数增加,热分解速率减小。当VSR:TPU橡塑比为40：60时,TPSiV综合力学性能较好,此时材料兼具较高的强度和断裂伸长率。