稀土/TPU纳米复合材料的合成与表征(2)
3.2.2 La2O3/TPU纳米复合材料红外光谱分析 20
3.2.3 La2O3/TPU纳米复合材料的XRD分析 21
3.2.4 La2O3用量对TPU弹性体力学性能的影响 22
3.2.5 La2O3用量对TPU弹性体表面性能的影响 23
3.2.6 小结 24
3.3 两种纳米稀土/TPU复合弹性体的比较 25
4.结论 26
4.1 Nd2O3/ TPU纳米复合弹性体的研究 26
4.2 La2O3/ TPU纳米复合弹性体的研究 26
4.3 两种TPU复合弹性体的比较 26
致 谢 27
参考文献 28
1.绪论
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）具有高强度、高耐磨、高回弹等优良的综合特性。随着社会的发展，TPU逐渐被应用于汽车工业、航空航天、生物医疗等多个领域，对TPU的需求量不断上升，同时对其力学、热学、表面等性能等提出了更高的要求。而稀土具有特殊的4f空轨电子结构，可以与聚氨酯弹性体中的氨基甲酸酯基团发生配位键，因此利用稀土改性聚氨酯材料以及成为一个研究热点。本文也将用原位本体聚合一步法制备合成纳米稀土氧化钕和氧化镧改性的热塑性聚氨酯弹性体，并对其进行表征和对比。
1.1 热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的概述
聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶，属于特种合成橡胶，是一种分子主链以氨基甲酸酯基团的主要骨架的弹性材料，皆具有橡胶的高弹性和塑料的高强度，且硬度范围宽、加工方式多样、制备种类丰富。聚氨酯弹性体也因其优异的机械性能和耐磨性，被以“耐磨橡胶”著称[1]。
1.1.1 聚氨酯弹性体的结构
从分子结构看，聚氨酯弹性体是一种由软段与硬段构成的线性嵌段共聚物，软段为低聚物多元醇，硬段为二异氰酸和扩链剂。它含有氨酯、醚、酯或脲基团，因为这些极性基团的存在，其分子内和分子间都会形成氢键，即使是线性聚氨酯也会通过氢键而产生物理交联，软段与硬段会产生微相分离。根据软段的结构可分为聚酯型、聚醚型等，根据结构特点可分为全热塑型和半热塑型。全热塑性的分子之间没有化学交联键，只有以氢键为主的物理交联键，可溶于二甲基甲酰胺等溶剂；半热塑性的分子之间含有少量的脲基甲酸酯化学交联键，这些化学键在热力学上是不稳定的，在加工温度高于150℃时会断裂，但在成型冷却后又会重新形成[2]。
（1）TPU微相分离
热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种具有微相分离结构的网状材料。其中软相由柔性链低聚物多元醇组成，赋予材料优异的高弹性、耐低温性及耐磨性等；硬相由二异氰酸酯和扩链剂构成，起物理交联点和增强填料的作用，使弹性体具有高模量、高强度等优良的力学性能[3]。除了软段和硬段的不相容导致相分离外，硬段的结晶也是微相分离的原因之一。当温度高于硬段的熔点时，热塑性聚氨酯会形成均一的熔体，可用注射、挤出等成型方法进行加工。但软段和硬段在冷却后会重新相分离，并重新恢复弹性。
（2）软段的影响
软段主要控制热塑性聚氨酯的低温性能、耐溶剂性及耐候性，由低聚物多元醇组成，当软段相相对分子质量低时，可以与硬段相很好的相容，因此会降低微相分离程度。聚醚、聚酯和聚己内酯都可作为合成热塑性聚氨酯弹性树脂的多元醇。不同的软段结构赋予弹性树脂不同的性能。以结晶性聚酯作软段，得到的弹性树脂硬度、拉伸强度均优于聚醚。这是因为酯基的极性大，与醚基相比，其内聚能高很多，且分子间的作用力大，使硬段相更均匀地分布在软段相中，更增加了弹性树脂的内聚强度。而聚己内酯的结构与聚酯相似，酯键之间碳原子数比一般己二酸聚酯多，即酯基的含量比较低，兼具了聚酯与聚醚的优点。采用聚己内酯作软段的体系，硬度、耐磨性等力学性能都会有所提高[4]。