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热塑型聚氨酯弹性体(TPU)是一种应用非常广泛的高分子材料，TPU的使用性能主要表现在：优异的耐磨性、耐臭氧、吸震、抗辐射、低温柔顺性等，在军工、航天、声学、生物学等领域获得广泛应用。本文紧紧围绕聚氨酯在使用性能特别是阻隔性能方面的不足，分别利用无机纳米材料蒙脱土(MMT)和高阻隔性材料EVOH与之复合，制备了TPU/MMT纳米复合材料、TPU/EVOH共混物以及TPU/EVOH/MMT三元复合材料，采用电子显微镜观察、热力学表征、力学以及气体阻隔能力测试等方法对材料的结构与性能进行了研究。
1.采用原位聚合方法制备了蒙脱土在聚氨酯基体内呈不同分散状态的聚醚型聚氨酯弹性体。聚氨酯预聚合反应之后加入蒙脱土制备的MMT PU，蒙脱土片层间距增大，基本以插层状态存在；利用异氰酸酯与蒙脱土上的羟基官能团反应，使部分聚氨酯分子链的硬段部分连接在蒙脱土片层之上(称之为T-MMT PU)，可以使蒙脱土片层在聚氨酯基体内几乎完全剥离、更加均匀的分散。蒙脱土连接在聚氨酯分子链上，使蒙脱土片层与聚氨酯硬段相区之间的相互作用更强、对聚氨酯软段相区的影响减弱，促使聚氨酯软硬段两相之间出现更大程度的微相分离，导致了复合材料热稳定性、力学性能和气体阻隔性的提高以及软段结晶温度的降低。
2.采用熔融共混方法制备了聚氨酯与四种蒙脱土的复合材料，四种蒙脱土为I.28E、I.30P、I.34TCN、I.44P，区别在于其含有不同插层剂。蒙脱土能够对聚氨酯/蒙脱土复合材料在力学以及气体阻隔性能上起到明显的增强作用，并且蒙脱土对材料性能的增强与蒙脱土的分散性相关。I.30P和I.34TCN两种蒙脱土相对于I.28E和I.44P，蒙脱土片层与聚氨酯基体之间有着更强的相互作用。FTIR研究表明，这种相互作用是连接在片层上的插层剂与聚氨酯分子链之间的氢键作用。氢键作用越强，聚氨酯与蒙脱土之间相互作用越强，会导致蒙脱土实现更大程度的剥离和更均匀的分散，进而增强材料的力学性能和阻隔性。TPU/I.34TCN和TPU/I.30P两种复合材料表现的力学和气体阻隔性能要强于TPU/I.28E和TPU/I.44P，而且TPU/I.44P性能最差。
3.利用双螺杆熔融挤出方法制备了聚氨酯/EVOH共混材料。在熔融共挤出过程中，由200℃升温至210℃，共混物的熔体黏度降低、由严重的熔体破裂现象转变为顺利挤出。变温红外测试结果表明，该现象由聚氨酯与EVOH之间的氢键所导致。聚氨酯/EVOH共混材料中两组份分散状态呈双连续结构，两组份间有较强的相互作用，EVOH的乙烯醇段与聚氨酯的软段为部分相容，与聚氨酯的硬段相容性良好。当温度高于220℃时，聚氨酯的氨基甲酸酯基团与EVOH羟基之间的酯交换反应导致交联，酯交换反应同时会导致材料的热稳定性变差。聚氨酯软段与EVOH之间的相互作用导致材料刚性增强、力学性能变脆。聚氨酯/EVOH共混材料的阻隔性能较纯聚氨酯有了一定提高，但是没有达到理想状态。
4.为了解决聚氨酯/EVOH共混材料加工时的温度过高、粘度过大的问题，将蒙脱土引入TPU/EVOH体系，利用双螺杆熔融共挤出方法制备了聚氨酯厄VOH/蒙脱土三元复合材料。蒙脱土加入使聚氨酯和EVOH两组份发生了相分离，聚氨酯呈现较规则的球状，蒙脱土片层以剥离状态分散于聚氨酯小球的表面。相分离导致聚氨酯和EVOH之间的相互作用减弱，使得材料在较低温度下就可以顺利挤出，并且在较高温度下也没有发生交联。相对于聚氨酯/EVOH共混物，三元复合材料韧性提高，而且气体阻隔能力也得到了加强。