八氨苯基POSS交联改性聚氨酯弹性体的制备与性能

聚氨酯弹性体的制备与应用研究引言聚氨酯弹性体是一种具有良好弹性和耐磨性的材料，广泛应用于各个领域。

近年来，随着科学技术的不断进步，对聚氨酯弹性体的制备方法和应用领域进行了深入研究。

本文将从聚氨酯弹性体的制备方法和应用领域两个方面进行探讨。

一、聚氨酯弹性体的制备方法聚氨酯弹性体的制备方法主要包括溶液共混法、热固化法和溶胶-凝胶法。

1. 溶液共混法溶液共混法是聚氨酯弹性体较为常用的制备方法之一。

该方法通过将聚氨酯树脂和溶剂一起混合搅拌，并加入适量的交联剂，在一定的温度下反应一段时间后，得到弹性体。

这种制备方法的优点是工艺简单，适用于大规模生产。

但是由于溶剂的使用，对环境造成一定的污染。

2. 热固化法热固化法是一种无溶剂制备聚氨酯弹性体的方法。

在该方法中，将聚氨酯树脂和交联剂混合搅拌，然后通过加热使其发生交联反应，最终得到弹性体。

这种方法具有工艺简单、无需使用溶剂、对环境无污染等优点。

然而，相比于溶液共混法，热固化法的工艺要求更高，反应时间和温度需要更加精确控制。

3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备纳米聚氨酯弹性体的方法。

首先，在溶液中形成胶体颗粒，然后通过溶胶-凝胶转化使颗粒固化成聚氨酯弹性体。

这种方法的优点是可以制备出具有纳米级结构的弹性体，拥有更好的力学性能和稳定性。

然而，该方法的制备过程较为复杂，需要较长时间和专业设备。

二、聚氨酯弹性体的应用领域聚氨酯弹性体因其良好的物理性质和化学稳定性，被广泛应用于以下领域。

1. 汽车工业聚氨酯弹性体在汽车工业中应用广泛。

它可以用于汽车座椅、悬挂系统、密封件等部件的制造，具有优异的耐磨性和减震性能，提高了汽车的舒适性和安全性。

2. 医疗领域聚氨酯弹性体在医疗领域具有重要的应用价值。

它可以用于制造人工关节、心脏起搏器、皮肤修复材料等医疗器械，具有生物兼容性好、耐磨性高的特点，有效提高了医疗器械的使用寿命。

3. 体育器材聚氨酯弹性体广泛用于制造体育器材，如跑鞋、运动垫等。

基于聚氨酯材料的热塑性弹性体的制备及其性能研究聚氨酯是一类具有独特性质的高分子材料，其在工业和生活中有着广泛的应用。

其中，基于聚氨酯材料的热塑性弹性体是一种新型的高分子材料，其具有优异的可塑性和弹性，可广泛用于汽车、建筑、家居等领域。

本文将介绍热塑性弹性体的制备方法以及其性能研究进展。

一、热塑性弹性体的制备方法热塑性弹性体的制备需要选择适宜的原材料和制备工艺，以下将具体介绍聚氨酯热塑性弹性体的制备方法。

1. 原材料选择聚氨酯热塑性弹性体的制备主要依赖于两种原材料：聚氨酯原料和交联剂。

聚氨酯原料包括两种：聚异氰酸酯和聚醚多元醇。

聚异氰酸酯是一种含有异氰酸酯基团的多聚体，而聚醚多元醇是一种含有羟基的多元醇。

两者在一定的反应条件下可以通过反应来制备聚氨酯。

交联剂主要是聚醚二醇乙二醇醚基的聚氧化亚乙基三醇。

交联剂的添加可以增加热塑性弹性体的交联度，提高其强度、刚性和耐热性等性能。

2. 制备工艺将聚异氰酸酯和聚醚多元醇按一定比例混合搅拌，加入交联剂，在高温下进行加速反应和串联反应，得到聚氨酯热塑性弹性体。

热塑性弹性体的制备工艺对其性能有着较大的影响。

需要在制备过程中控制反应条件，如温度、时间、原料比例等，以得到理想的物理和化学性能。

二、热塑性弹性体的性能研究热塑性弹性体具有优异的物理和化学性质，以下将介绍其主要的性能研究进展。

1. 机械性能热塑性弹性体具有优异的拉伸强度、断裂伸长率和回弹率等性能，主要归结于其高度交联的三维网络结构和柔性的线性链段。

研究发现，通过改变交联剂的添加量和反应条件等，可以显著影响热塑性弹性体的机械性能。

2. 热稳定性热塑性弹性体在高温下也具有较好的稳定性，不易发生热分解和氧化反应。

研究发现，聚氨酯中芳香基的含量与其热稳定性密切相关，增加芳香含量可以有效提高热塑性弹性体的热稳定性。

3. 耐光性热塑性弹性体在阳光下会发生老化，如色泽变化、硬化、开裂、脆化等。

研究表明，引入紫外线吸收剂可以有效提高热塑性弹性体的耐光性，防止其老化。

POSS／聚合物纳米材料的制备方法及应用本文介绍了POSS/聚合物纳米复合材料的几种制备方法及POSS纳米复合材料在航天航空，生物医药，多孔材料和光固化材料等方面的应用。

标签：POSS；纳米复合材料；制备方法；应用自19世纪50年代Scott[1]首次合成低聚物倍半硅氧烷以来，在众多研究领域引起了广泛的关注。

随着研究不断深入，多面体笼形倍半硅氧烷（POSS）已成为一种十分重要的有机-无机杂化材料，它具有无机材料的热稳定性和优异的力学性能，同时兼具有机材料的韧性好，密度低的优点。

POSS是一种具有三维结构的有机-无机纳米粒子，直径约为1～3 nm，其结构简式为（RSiO1.5）n （n≥4），其中以n=8较多，形成不同的结构类型，主要有无规、梯形、桥形、笼形等[2]。

POSS主要具有如下2个结构特点：（1）由Si和O组成的无机支架结构，赋予杂化材料良好的耐热及力学性能；（2）八个Si顶点处接有八个有机取代基团，这些有机取代基团可分为两大类：一类是惰性基团，如环己基、环戊基、乙基、异丁基等；另一类是活性基团，如各类烯基、环氧基、氨基等。

这些有机基团不仅有利于分子设计，而且可以增加POSS在有机溶剂中的溶解性，同时也能够改善与聚合物之间的相容性，更为重要的是，反应性基团可以实现POSS分子与聚合物之间的化学键合[3]。

本文主要介绍POSS/聚合物纳米复合材料的制备方法及应用进展。

1 POSS/聚合物纳米复合材料的制备方法1.1 物理共混法共混法是制备POSS/聚合物纳米复合材料的重要方法之一，POSS顶点处的8个有机取代基团，这些基团与聚合物有良好的相容性，因此，这使得它们共混并不困难。

物理共混法成本较低，加工方便，可以在一定程度上提高材料的物理性能。

（1）熔融共混Du等[4]采用熔融共混将MAP-POSS[MAP=-（CH2）3OOCC（CH3）=CH2]加入到氯乙烯、氯化聚乙烯共聚体中，制备了PVC/CPE/MAP-POSS复合材料。

西南科技大学硕士学位论文POSS的合成及在聚氨酯弹性体中的应用姓名：***申请学位级别：硕士专业：分析化学指导教师：***20080414西南科技大学硕士研究生学位论文第１页摘要多面体低聚倍半硅氧烷（Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ０１ｉｇｏｍｅｒｉｃｓｉ１ｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ，简称ＰＯＳＳ），它由三维Ｓｉ一０一Ｓｉ短链形成的无机骨架和完全覆盖它的有机取代基组成，具有相当对称的纳米结构。

顶角取代基可为惰性有机基团或功能性的基团，基于其顶角取代基的不同，将ＰＯＳＳ引入到聚合物中可以合成一系列的Ｐ０ｓｓ／聚合物复合材料，并可以使聚合物在热性能、力学性能上得到较大改善，因此近年来ＰＯＳＳ／聚合物的研究引起了人们的很大兴趣。

本文用水解缩合法合成出氯丙基ＰＯＳＳ和乙烯基ＰＯＳＳ，并在这两种ＰＯＳＳ化合物上进行分子的设计，合成出了ＰＯＳＳ的环氧化物、乙羟基ＰＯＳＳ两种化合物，并对丙羟基ＰＯＳＳ的合成进行了探索。

通过物理分散的方式将合成出的ＰＯＳＳ应用到聚氨酯弹性体中，合成出ＰＯＳＳ／聚氨酯弹性体，通过对ＰＯＳＳ／聚氨酯弹性体性能的研究发现，ＰＯＳＳ（氯丙基和乙烯基）／聚氨酯弹性体的拉伸强度在ＰＯＳＳ的量为０．５（１００９／ＰＴＭＧ，下同）组分最大，而ＰＯＳＳ（氯丙基）／聚氨酯弹性体的１００％定伸应力在ＰＯＳＳ用量为１组份时最大，ＰＯＳＳ（乙烯基）１００％定伸应力在２组份时最大，ＰＯＳＳ／聚氨酯弹性体热学性能也有一定的提高，其中其分解温度在ＰＯＳＳ用量为３组份时到达最高为２００℃，并通过ＳＥＭ对ＰＯＳＳ／聚氨酯弹性体形貌结构做了分析，发现在先用高速剪切分散后再用超声分散的分散效果最佳。

关键词：多面体低聚倍半硅氧烷合成聚氨酯弹性体西南科技大学硕士研究生学位论文第１Ｉ页ＡｂｓｔｒａｃｔＰｏｌｙｈｅｄｒａｌｏｌｉｇｏｍｅｒｉｃｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅｓ（ＰＯＳＳ）ｈａＶｅｒｅｃｅｎｔｌｙａｔｔｒａｃｔｅｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｎｔｅｒｅｓ．Ｉｔｈａｓａｕｎｉｑｕｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｉｎｏｒｇａｎｉｃｓｉｌｉｃａ—ｌｉｋｅｃｏｒｅ（Ｓｉ８０１２）ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄｂｙｅｉｇｈｔｏｒｇａｎｉｃｃｏｒｎｅｒｇｒｏｕｐｓ．ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｌｙｍｅｒｓｃａｎｌａｒｇｅｌｙｂｅｉｎｌｐｒｏＶｅｄｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇＰＯＳＳｔｏｔｈｅｐ０１ｙｍｅｒｍａｔｒｉｘ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＰＯＳＳ／ｐ０１ｙｍｅｒｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｂｅｃｏｍｉｎｇａｆｏｃｕｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｕｅｓｓｏｌ－ｇｅｌｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｐｒｏｄｕｃｔｓｃｈｌｏｒｏｐｒｏｐｙｌＰｏＳＳａｎｄｖｉｎｙｌＰＯＳＳ，ｔｈｅｎｕｓｅｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（ＰｏＳＳ）ｔｏＰｏＳＳｓｙｎｔｈｅｓｉｓＰＯＳＳｗｉｔｈｔｈｅｅｐｏｘｉｄｅａｎｄｈｙｄｒｏｘｙｌＰＯＳＳ，ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｔｏｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｔｈｒｏｕｇｈｐｈｙｓｉｃａｌｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄＰＯＳＳ／ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎＰＯＳＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｕｄｙｗｅｆｏｕｎｄ，ＰＯＳＳ（ｃｈｌｏｒｏｐｒｏｐｙｌａｎｄＶｉｎｙｌ）ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｎｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ０．５ＰＯＳＳｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ＰＯＳＳ（ｃｈｌｏｒｏｐｒｏｐｙｌ）．Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒ１００％ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｗｈｅｎｉｎａｇｒｏｕｐｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ，ＰｏＳＳ（Ｖｉｎｙｌ）１００％ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｔｗｏｇｒｏｕｐｓｗｅｒｅａｔｔｈｅｍｏｓｔ，ＰＯＳＳ．ｂａｓｅｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈｅｒｅｉｓａｃｅｒｔａｉｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｘｉｍｕｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅＰｏＳＳｉｎｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｒｅｅｇｒｏｕｐｓａｒｒｉＶｅｄａｔａ２０００ＣａｎｄｔｈｅＰＯＳＳ／ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳＥＭａｎｄ｛－ｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｅｄａＲｅｒａｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｓｈｅａｒｉｎｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｄｉｓｐｅｒｓｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃａｎｇｅｔｇｏｏｄｄｉｓｐｅｒａｔｉｏｎｅｌａｓｔｏｍｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｐ０１ｙｈｅｄｒａｌｏｌｉｇｏｍｅｒｉｃｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅｓ；ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ；ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒ独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

POSS聚酰亚胺共聚物/八苯基POSS复合材料的结构与性能研究聚酰亚胺(PI)作为一种高性能高分子材料,凭借其在电子、微电子、光电设备等领域的良好表现,在学术界与工业界备受关注。

然而,传统的芳香族聚酰亚胺的性能还不足以满足电子微电子技术的飞速发展对材料提出的种种新要求。

为了进一步改善聚酰亚胺的机械性能和电性能,多面体低聚笼型倍半硅氧烷(POSS)吸引了诸多研究者的关注。

将POSS引入聚酰亚胺基材中不仅可以提高材料的热性能和介电性能,同时还能获得更好的阻燃抗原子氧等能力。

但是含POSS的聚酰亚胺受到制备成本与单体合成工艺繁琐的限制而一直无法广泛应用。

在本文中,一种交联网状结构的聚酰亚胺被发现可以使八苯基笼型倍半硅氧烷(Ph-POSS)在没有任何化学键连的情况下获得相比于直链聚酰亚胺基材更好的分散性。

这种交联聚酰亚胺是由酸酐封端的聚酰胺酸(PAA)与交联剂八氨基笼型倍半硅氧烷(OAPS)合成制备的。

PAA和OAPS的摩尔比被严格的控制,从而研究PAA链长度对Ph-POSS分散性的影响。

Ph-POSS在聚酰亚胺基材中的分散情况通过扫描电镜(SEM)与X射线衍射仪(XRD)进行测试。

同时也对复合材料的热性能与介电性能进行了表征。

值得注意的是,随着Ph-POSS共混量的增加,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)也发生了明显的变化,对这一现象进行了着重的研究。

除了PAA链长度对Ph-POSS分散性的影响之外,PAA链柔性的影响也被研究了。

研究发现交联网状的链结构能够有效限制Ph-POSS分子在基材中的运动,从而在宏观上表现为Ph-POSS良好的分散性,而在微观上则表现为材料的Tg随Ph-POSS含量而线性变化。

相同的分子链条件下,交联密度越大,Ph-POSS的分散性越好;而相同的交联密度条件下,刚性链的基材能提供Ph-POSS更好的分散性。

八苯基倍半硅氧烷及其衍生物的合成与应用研究多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种全新思路的化学产品，近年来在国际上受到广泛的关注。

POSS一般分子式表示为(RSiO3/2)n(n≥4),它具有类似无机二氧化硅的核及有机支链,是目前唯一的杂化纳米化合物。

POSS作为一种纳米改性剂,它已经被用来制备具有优良性能的有机—无机纳米复合材料。

它可以显著改善基体的性能,这使之成为近年来纳米杂化材料的研究热点。

本文采用了有机硅单体的水解缩合,研究了制备八苯基倍半硅氧烷的条件,并进行了扩大规模的制备,取得了极高的产率。

优化了制备八硝基苯基POSS (ONPS)的反应条件,减少了苯环上多硝基化反应,并证实了所得产物的结构。

在此基础上,在Pd/C催化体系下,以ONPS为原料制备了八氨基苯基POSS (OAPS),产率及品质均高于之前使用催化体系。

OAPS与马来酸酐反应,得到八马来酰亚胺基苯基POSS (MAPS).本文将八氨基苯基POSS对异氰酸酯进行改性,八马来酰亚胺基苯基POSS对BT树脂进行改性,并对其力学性能进行了测试,结果显示随着POSS材料的加入,两种树脂的玻璃化转变温度和模量都有了明显的改变。

有机硅改性聚氨酯弹性体的制备及性能研究摘要：聚氨酯在日常生活中应用广泛，由于其原料组成的多样性与配比组合的复杂性，使得做出的成品具有各种不同的性能。

因此能适应各种不同的环境。

但聚氨酯本身的韧性差，抗拉强度低，耐老化、耐化学性差，在实际应用中受到一些限制。

因此需要对聚氨酯进行改性，其中有机硅改性聚氨酯弹性体具有较高的强度，弹性以及耐高温耐老化性，硬度范围容易调节，可从邵o硬度到邵D硬度跨度，也因此具有优异的耐磨性能。

本文主要对有机硅改性聚氨酯弹性体进行制备，并对其力学性及耐热性进行分析，希望对相关从业人员的工作有一定的参考作用。

关键词：有机硅改性聚氨酯弹性体；制备；力学性能耐热性引言：有机硅高分子在当前的聚氨酯弹性体的制备中较为常见，其主要的特点就是在使用的过程中，分子间的作用力比较小，原因是因为其自身的Si-O-Si重复单元结构，这种结构本身具备较为稳定的性能，因此使用这种原料合成的聚合物材料本身的耐热性和稳定性都比较好，但是有机硅高分子本身的力学性能比较低，因此在使用的时候，需要采用填料以及硫化等方式，对其进行一定的强化，虽然其强度在这样的制造过程中有了一定的提升，但是在实际的使用中，其拉伸的强度依旧比较低，所以针对这个部分，必须使用一定的改善方法，才可以让其能够达到使用的需求，完成当前的使用标准。

1.有机硅改性聚氨酯合成方法1.NCO封闭的预聚体合成在本次的合成中，主要使用的方式就是在装有氨气导管，恒压滴液漏斗，回流的冷凝装置等等，在机械搅拌的烧瓶中，按照比例加入相关的MDI，羟丙基PDMS，在氨气的保护下，主要在温度范围70-90℃之间进行反应操作，并且每隔一个小时，就需要对体系中的NCO含量进行监测，让其能够保持稳定后，停止改工作，最终得到NCO分段预聚体。

1.预聚体扩链在实施的过程中，首先应该将温度设置在70℃，按照上述（一）步骤中的产物，加入一定的溶剂进行稀释，一般采用的漏斗主要是预聚体溶液中用两到三秒的时间，进行滴加试剂，最终将实际的扩链剂（BDO）、一段酸亚西缓和溶液进行一到五个小时的反应之后，用红外线对产物进行检测，直到其中的NCO峰小时候，停止进行反应，需要进行一定黏度的产物，并且将长夜溶剂导入四氟模具致中和，在室温下进行固化，一般情况下需要进行12个小时左右的时间，才可以完成固化的过程，完成固化之后，放入一定温度的真空干燥箱中进行干燥，到达恒重的条件，完成本次的制作，在室温下放置一周以后，对其力学的性能进行测试，完成本次的制作过程。

1.1For personal use only in study and research; not forcommercial use1.21.3聚氨酯弹性体概述聚氨酯的分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子。

它是由异氰酸脂单体和含活泼氢的化合物逐步聚合而成。

由于聚氨酯分子结构中存在大量的极性键，以及分子间稳定的氢键，因此聚氨酯具有许多优异的性能，尤其是物理机械性能好，耐磨，附着能力强，优良的耐高温、低温性能，耐腐蚀性优良，电性能良好等等[1～3]。

聚氨酯的用途十分广泛：可用于制造弹性纤维、弹性体、涂料、胶黏剂、软、硬泡沫塑料、人造革等等。

随着科学技术地不断发展，聚氨酯弹性体的性能不断得到提升，新产品层出不穷，广泛应用在国防、航天、石油、医疗、体育、建材等领域，应用前景十分广阔。

For personal use only in study and research; not for commercial use聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶（PUR），它属于特种合成橡胶。

传统上按聚氨酯弹性体加工特性的不同，把它分为浇注型（CPU）、热塑型（TPU）和混炼型（MPU）三大类。

混炼型聚氨脂弹性体是采用聚醚多元醇和异氰酸酯反应制得的固体生胶状聚合物，利用传统橡胶加工机械和加工程序，进行塑炼混炼，用模具硫化成型。

浇注型聚氨脂弹性体，它是采用聚醚多元醇和异氰酸脂、扩链剂等配合剂经两步或一步法合成的线型液态聚合物，它是液体状态浇注在模具中，加热、熟化使其转化成具有一定网状结构的橡胶状固体。

热塑性聚氨脂弹性体，它是使用聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成线型的聚合物，然后经过加工成为颗粒状固体。

聚氨酯弹性体是弹性体比较特殊的一类，其原材料种类很多，配方多种多样，可调范围很大[4～6]。

聚氨酯弹性体硬度范围很宽，是介于橡胶与塑料之间一类特殊的高分子材料。

1.4聚氨酯弹性体合成的原料透明聚氨酯弹性体通常由低聚物多元醇、二异氰酸酯和醇类扩链剂反应合成，有出色的耐介质、耐环境性能,相容性好，对多种基材粘接性强，在机械、建筑、汽车制造、医药以及航空航天等领域得到了广泛的应用[7,8]。