乙酸木质素基聚氨酯/纳米二氧化钛复合材料的研究

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木质素作为多羟基聚合物,可以代替聚醚多元醇与异氰酸酯发生亲核加成反应制备聚氨酯材料,这样不但可以提高资源的利用率,而且为聚氨酯工业提供廉价的原料来源,对缓减能源环境危机具有十分重要的现实意义和战略意义。   在本论文中,采用常压乙酸法对多枝桉进行主要组分的分离并提取乙酸木质素,此方法具有分离组分得率高、方法简单、溶剂易回收可循环使用、对环境污染小等优点。通过对乙酸木质素结构的分析,发现乙酸木质素相对分子质量分布较均匀,且相对分子质量较大,并且含有大量的活性羟基,包括醇羟基和酚羟基,可以与异氰酸酯发生化学反应,生成氨基甲酸酯结构。因此,有可能利用乙酸木质素替代部分或全部的聚醚多元醇用于制备聚氨酯材料。   在此基础上,利用乙酸木质素、聚乙二醇400(PEG400)和甲苯二异氰酸酯(TDI)合成了高强度的乙酸木质素基聚氨酯材料。探讨了乙酸木质素的添加对聚氨酯材料交联度、热学性能和力学性能的影响。实验结果表明:少量乙酸木质素的添加,会改善材料的力学性能,但过多乙酸木质素的添加,会因为聚氨酯硬段过多,导致材料变得易脆,材料力学性能降低。乙酸木质素添加量为20%时,达到最大交联度91.9%,材料力学性能也达到最好值,这时材料最大拉伸强度为19.9MPa、撕裂强度为35.1KN/m、弯曲强度为21.9MPa。另外,添加乙酸木质素的聚氨酯材料热稳定性有所提高,热失重主要发生在250-450℃之间,玻璃化转变温度也有所提高。   然后利用乙酸木质素、纳米二氧化钛、聚乙二醇400(PEG400)和甲苯二异氰酸酯(TDI)合成了乙酸木质素基聚氨酯/纳米二氧化钛复合材料。SEM和AFM数据表明,纳米二氧化钛含量较低时,分散比较均匀,并且颗粒粒径在100nm以下,纳米二氧化钛含量比较高时(4%),会产生团聚现象。添加纳米二氧化钛后,聚氨酯复合材料的热稳定性有所提高。聚氨酯复合材料的拉伸强度、弯曲强度和撕裂强度都有所改善。纳米二氧化钛最佳添加量为2%,此时材料最大拉伸强度为25.4MPa、撕裂强度为38.5KN/m、弯曲强度为30.6MPa。超过2%后,会由于纳米二氧化钛出现比较严重的团聚现象而使材料力学性能反而下降。随着纳米二氧化钛含量的增加,材料表面电阻率逐渐减少。添加1%的纳米二氧化钛后,聚氨酯复合材料可以满足一般材料抗静电要求。添加纳米二氧化钛后,聚氨酯复合材料抗老化性提高,当纳米二氧化钛含量为2%时,聚氨酯复合材料保留率达到最大值83.9%。
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