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聚氨酯脲复合材料的制备及介电性能研究

作　者: 张瑞娟
导　师: 马静红
学　校: 太原理工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 聚氨酯碳纳米管凹凸棒土复合材料介电性能
分类号: O633.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚氨酯作为一种含有氨基甲酸酯链段的聚合物,具有独特的优异性能,例如：弹性高、抗臭氧、耐磨和耐油等,因此广泛应用于军事、国防、民用、体育、航天等领域。然而聚氨酯的一些弱点限制了其应用,为提高其性能,人们利用多种方法来改性聚氨酯材料。其中凹凸棒土(ATT)和碳纳米管(CNT)对聚氨酯的改性一直备受学者的关注,它们良好的导热性能、导电特性和力学性能等,用于改性聚合物以提高其性能。本文利用联萘基团的结构刚性和轴向不对称性,通过氢转移加成聚合制备了具有光学活性的旋光聚氨酯脲(R-PUU和S-PUU)和消旋聚氨酯脲(PUU),通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)等表征手段对其进行分析,并对其介电性能进行了测试。本文通过分析聚合物结构和介电性质之间的构效关系,试图探索调节聚合物介电性质的新方法和新途径。具体研究结果如下：红外光谱(FT-IR)测试分析表明通过氢转移加成聚合的方法成功制备了聚氨酯脲。XRD测试分析表明聚合物在结晶状态上属于半晶态。通过测试介电常数,可知旋光性聚合物的介电性能高于消旋聚合物的介电性能。本文采用原位复合方法,分别制备了聚氨酯脲/碳纳米管复合材料和聚氨酯脲/凹凸棒土复合材料,并用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)等表征手段对复合材料进行分析,同时测定了其介电常数。SEM观察显示经硅烷偶联剂(KH-550)处理后的凹凸棒土,棒晶呈现出纵横交错的无规则现象,且改性凹凸棒土能均匀的分散在聚合物基体中。随复合材料中含改性凹凸棒土量的增加,会出现团聚现象。而聚氨酯脲/碳纳米管复合材料中,一部分改性碳纳米管较为均匀的分散在聚合物基体中,另一部分出现明显团聚现象。红外光谱(FT-IR)分析表明,无机粒子均得到了改性,并且改性无机粒子与聚合物基体反应生成了纳米复合材料。X射线衍射(XRD)和热重(TG)曲线显示,聚合物的结晶状态属于半晶态,随改性无机粒子的填充量增大,复合材料的稳定性越高。介电常数分析表明,随改性无机粒子的填充量增大,复合材料的介电性能增强。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章文献综述  11-29
  1.1 聚氨酯(PU)  11-19
    1.1.1 聚氨酯的发展现状  11-12
    1.1.2 合成机理  12-14
    1.1.3 聚氨酯的应用  14-17
      1.1.3.1 聚氨酯粘胶剂的应用  14-15
      1.1.3.2 聚氨酯泡沫塑料的应用  15-16
      1.1.3.3 聚氨酯涂料的应用  16
      1.1.3.4 聚氨酯医用材料的应用  16-17
      1.1.3.5 聚氨酯在服饰邻域的应用  17
      1.1.3.6 聚氨酯作为其他材料的改性剂  17
    1.1.4 聚氨酯的改性  17-19
      1.1.4.1 聚氨酯改性的途径  17-19
  1.2 凹凸棒土简介  19-23
    1.2.1 凹凸棒土改性的处理方法  21-23
      1.2.1.1 酸化处理  21-22
      1.2.1.2 高温培烧法活化  22
      1.2.1.3 超声波处理  22
      1.2.1.4 偶联剂处理  22-23
  1.3 碳纳米管概述  23-27
    1.3.1 碳纳米管的结构  23-24
    1.3.2 碳纳米管的性能  24
    1.3.3 表面修饰对碳纳米管的改性  24-25
    1.3.4 碳纳米管复合材料的制备方法  25-27
      1.3.4.1 原位聚合法  26
      1.3.4.2 液相法  26-27
      1.3.4.3 熔融共混法  27
  1.4 本课题研究的内容及意义  27-29
第二章实验与研究方法  29-33
  2.1 实验原料与设备  29-30
    2.1.1 实验原料  29-30
    2.1.2 实验设备  30
  2.2 主要表征仪器及方法  30-33
    2.2.1 傅里叶红外光谱(FT-IR)测试  30
    2.2.2 紫外光谱(UV)测试  30-31
    2.2.3 XRD测试  31
    2.2.4 旋光度测试  31
    2.2.5 热重分析(TGA)测试  31
    2.2.6 介电常数测试  31
    2.2.7 扫描电镜(SEM)测试  31-33
第三章聚氨酯脲的制备、表征及其介电性能研究  33-41
  3.1 R-聚氨酯脲(R-PUU)和消旋聚氨酯脲(PUU)的制备  33-34
  3.2 结果与讨论  34-39
    3.2.1 溶解性能测试分析  34-35
    3.2.2 FT-IR光谱分析  35-36
    3.2.3 紫外吸收光谱分析  36-37
    3.2.4 热重分析  37-38
    3.2.5 XRD分析  38
    3.2.7 光学活性分析  38-39
    3.2.8 介电常数分析  39
  3.3 小结  39-41
第四章聚氨酯脲碳纳米管复合材料的制备、表征及其介电性能研究  41-51
  4.1 碳纳米管的改性  41
  4.2 聚氨酯脲/碳纳米管复合材料的制备  41-42
  4.3 结果与讨论  42-48
    4.3.1 FT-IR光谱分析  42-44
    4.3.2 紫外吸收光谱分析  44-45
    4.3.3 热重分析  45-46
    4.3.4 XRD分析  46-47
    4.3.5 样品的SEM分析  47
    4.3.6 介电常数分析  47-48
  4.4 小结  48-51
第五章聚氨酯脲/凹凸棒土复合材料的制备、表征及其介电性能研究  51-61
  5.1 凹凸棒土的改性  51-52
  5.2 聚氨酯脲/凹凸棒土复合材料的制备  52-53
  5.3 结果与讨论  53-60
    5.3.1 FT-IR光谱分析  53-55
    5.3.2 紫外吸收光谱分析  55-56
    5.3.3 热重分析  56-57
    5.3.4 XRD分析  57-58
    5.3.5 样品的SEM分析  58-59
    5.3.6 介电常数分析  59-60
  5.4 小结  60-61
第六章结论与展望  61-63
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读硕士期间发表的学术论文  70

聚氨酯脲复合材料的制备及介电性能研究

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