纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究

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1、分类号：：密级ＵＤＣ：：编号工学硕士学位论文纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究硕士研究生：李玉辉指导教师：魏浩教授学科、专业：材料科学与工程论文主审人：马宁教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究硕士研究生：李玉辉指导教师：魏浩教授学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2017年12月18日论文答辩日期：2018年3月8日学位授予单位：哈尔滨工程大学Class

2、ifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngStudyonthePreparationandPropertiesofPolyurethaneModifiedbyCelluloseNanocrystalsCandidate:LiYuhuiSupervisor:Prof.WeiHaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialScienceandEngineeringDateofSubmission:Dec

3、.12,2017DateofOralExamination:Mar.8,2018University:HarbinEngineeringUniversity纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究摘要聚氨酯由于优异的高弹性、高强度、高耐油、低磨耗等特性引起了众多研究人员的关注，由于人们对材料性能需求的进一步提高，使其在化学结构设计、物理改性等方面的研究取得了重要进展。然而传统的填料多限于无机材料的有机化或有机填料的直接添加，来实现聚氨酯的改性，并未考虑到有机填料与所有类型的聚氨酯材料是否均能起到良好的改性效果。本文以纤维素晶须（CNC）

4、为例，从极性的相容性方面研究了有机填料对不同类型聚氨酯材料的性能影响。本论文工作将对以下问题进行讨论：以纤维素晶须为填料，分别通过溶剂法和原位生成法加入到聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯中，制备不同类型的纳米复合材料。通过红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）、热重分析（TG）、偏光显微镜（POM）、扫描电子显微镜（SEM）等一系列表征手段发现，利用溶剂法和原位生成法中，合成的纤维素晶须在聚醚型聚氨酯中均存在较大的团聚，在聚酯型聚氨酯中则能达到较好的分散状态，纤维素晶须的加入使聚酯型聚氨酯的氢键化程度和断裂强度都有显著提升，表明

5、该纤维素晶须外部羟基的存在有利于其在聚酯型聚氨酯中的分散，当改变异氰酸酯MDI-50为TDI-80时，发现此种差异性更加明显。通过对比于SEM图像与POM图像的结果发现，POM是一种很好地观察晶须增强聚氨酯分散状态的方式。以间甲苯基异氰酸酯（MPI）改性的纤维素晶须，通过一系列的表征手段证明了该实验成功地在不破坏纤维素晶须原有形貌的前提下，制备了低极性、高分散、高结晶度的间甲苯基异氰酸酯改性纤维素晶须（MPI-CNC），可在丙酮、氯仿、乙酸乙酯中均有良好的分散性。重复上述研究方案取得了与上述相反的结果，MPI-CNC在聚醚型聚氨酯中分

6、散良好，在聚酯型聚氨酯中则存在大量团聚现象。同时发现原位生成法制备的MPI-CNC在聚酯型聚氨酯中的团聚现象高于溶剂法制备的MPI-CNC/PU。这个结果表明低极性的纤维素晶须易与同为低极性的聚醚链段产生相互作用，而与极性较高的聚酯链段发生相互排斥。以TDI-80修饰纤维素晶须，制备了一系列的纤维素晶须接枝聚氨酯材料，通过POM观察可知，纤维素晶须在接枝到聚氨酯材料的过程中能够得到较好的分散状态。并通过静态力学性能结果分析可知，纤维素晶须的接枝对材料的断裂伸长率有一定程度的提升，同时使原有聚氨酯材料的力学特性曲线发生变化，当含量加到5

7、wt%时，应力应变曲线呈现近线性关系。关键词：纤维素晶须；改性纤维素晶须；聚酯型聚氨酯；聚醚型聚氨酯；极性匹配纤维素晶须改性聚氨酯的制备及其性能研究ABSTRACTNowadaystheinterestofmanyresearchersisstimulatedtopolyurethanebecauseofitsoutstandingproperties,suchashighelasticity,highstrength,highoilresistance,lowwearandothercharacteristics.Meanwhile

8、,ithasmadeimportantachievementsintheresearchofchemicalstructuredesign,physicalmodificationandchemicalmodificat