新型多尺度聚倍半硅氧烷交联中心聚氨酯的制备及其交联结构尺寸效应与性能关系研究

高分子交联体系中交联点的尺度，物理化学性质、交联点密度等都是影响材料性能的关键因素，其中交联点的尺度通常很难控制，因此交联中心尺寸效应的研究报道尚不多见。本项目拟制备苯胺甲基POSS和不同粒径单分散苯胺甲基聚硅氧烷纳米微球为新型交联中心，合成具有不同交联密度和不同纳米尺寸交联结构的聚氨酯弹性体材料。通过时间分辨流变学分析体系交联过程中网络建立的临界行为，使用固体核磁等方法研究该交联体系微观结构、相行为和界面厚度，并利用TEM表征刚性交联点的分布状况，从而研究其微观结构的尺寸效应与宏观热力学性能的对应关系，进而从微观的角度揭示弹性体交联体系网络构成、交联结构分布的关系，最终探索弹性体交联结构的结构与性能综合影响规律，为获得新型高性能聚氨酯材料提供理论基础和技术储备。

本项目通过制备不同尺寸的带有苯胺甲基官能团的倍半硅氧烷（POSS 和纳米小球），利用核磁、质谱等表征手段对制备的材料进行表征，并证明POSS是以T10和T12为主的完全闭合的规整结构的倍半硅氧烷，而纳米微球的主要结构除T8，T10以及T12结构外还有部分不完全水解的T9，T11结构。而且材料的根本结构不随着纳米小球的尺寸变化而变化。利用不同的材料与聚氨酯反应制备得到一系列带有交联结构的弹性体材料。并以POSS作为模型研究交联过程中凝胶化转变、凝胶过程的网络构建特性;最终证明以倍半硅氧烷这种有机无机杂化纳米交联剂作为交联中心的体系凝胶转变与有机交联剂类似，凝胶转变符合Winter-Chambon 判据。体系在凝胶点附近相似，而且不同浓度的复合物的模量可以拟合到一条主曲线上。最终制备的材料在结构与性能上具有较大的差异：POSS以规整的纳米结晶的形式分散在复合物体系内，而纳米微球则以无规的2-3nm尺寸的纳米粒子的形式分散在复合物内，因此纳米小球复合物具有更高的反应程度，在相同交联剂含量条件下，体系具有更高的交联密度，从而体系也就具有更高的模量。