Page 24 - 《橡塑智造与节能环保》2022年8期

综述与专论

气相二氧化硅对原位聚合法制备TPU的

机械性能影响研究

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常见的无机填料，如短切玻璃或碳纤维，通常会 N20 气相二氧化硅 (200 m /g) 及其二甲基二氯硅烷
添加到 TPU 中以增加其硬度。 与其他类型的塑料一 (DiMeDi) 疏水版本 HDK H20 和 HDK H20RD。通过
样，TPU 的硬度提高通常伴随着断裂伸长率的损失和 2-丁酮溶液将气相二氧化硅引入 TPU，并对含 10 wt%
动态性能的下降。 二氧化硅的流延 TPU 薄膜进行应力应变测试。添加气
气相二氧化硅被广泛用作有机硅弹性体的增强添 相二氧化硅后，断裂伸长率略有增加，而添加 N20 二
加剂，具有明显的机械性能优势，即提高拉伸强度、 氧化硅的 TPU 试品的拉伸强度几乎翻了一倍，而添加
伸长率和撕裂强度等。 然而，热解法二氧化硅在热塑 疏水处理的二氧化硅牌号的 TPU则观察到拉伸强度有
性塑料中的使用受到限制，因为难以通过挤出机通过 较小的增加。添加气相二氧化硅对 TPU 拉伸强度增加
熔融复合有效地添加。 气相二氧化硅非常轻，其体积 的影响与二氧化硅牌号表面的硅烷醇含量成正比。
密度约为 50 ~100 g/L。 因此，将这种低密度粉末送 将气相二氧化硅引入 TPU 的另一种方法是使用长
入挤出机，以及将其与粘性聚合物熔体一起输送并混 链二醇（软相组分）中的二氧化硅分散体进行原位聚
合，对常见的塑料复合操作是一个挑战。 合。例如，Lee通过分散在聚（丁二醇）（PTMG）中
研究气相二氧化硅对TPU机械性能的影响很有意 添加了 Aerosil R972，这是一种用 DiMeDi 进行疏水处
义，特别是找到提高硬度和拉伸/压缩模量的方法，同 理的气相二氧化硅。使用这种二氧化硅的 TPU 薄膜的
时还要保持伸长率和弹性。 拉伸性能、断裂伸长率最大增加了3倍，最大值为当
在过去的 15 年中，文献中描述了使用二氧化硅 二氧化硅的质量分数为1% ～3%（质量分数）时。随
（气相法和胶体法）改善 TPU 机械性能的多次尝试。 着二氧化硅浓度的进一步增加，伸长率下降，并且在
作者通常测量 TPU 的拉伸性能以进行对比，然而，二 二氧化硅的质量分数为 3% 时，拉伸强度值也增加了
氧化硅的添加对聚合物复合材料性能的影响存在不一 约 50%。 Hood比较了用 12 nm 胶态二氧化硅制成的
致性。 TPU 试品的拉伸行为，无论是通过原位聚合还是通过
例如，将Aerosil 200气相二氧化硅（标称表面积 在 N,N-二甲基乙酰胺中的溶液混合，TPU 与二氧化硅
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为200 m /g）和两种经处理的牌号R 711和R 805引入 的混合试品均表现出脆性。通过原位聚合获得的试品
Desmocoll 620 TPU，方法是混合二氧化硅的丙酮分 显示出优秀的弹性体性能，断裂伸长率达到添加 0.5%
散液和TPU的丙酮溶液，然后进行溶剂添加。对于所 二氧化硅的对照（不含二氧化硅）试品值的 20 倍。添
有测试的二氧化硅牌号，随着TPU中二氧化硅浓度从 加5%的二氧化硅后，断裂伸长率约降低至对照值的2
1wt%提高到9wt%，断裂伸长率和断裂强度降低。 倍。同时，在二氧化硅浓度为 0.5% 时，弹性模量降低
1 wt% 二氧化硅浓度和不含二氧化硅的对照值在 了约 2.5 倍。可以看出，一般来说，在 TPU 中添加原
性能上接近。在另一项研究工作中，将 Aerosil 200 添 位二氧化硅似乎可以提供更好的性能结果，然而，在
加到内部制备的两种不同的 TPU 中，方法是在二甲基 数值范围较大的情况下，观察到的却是对模量和断裂
甲酰胺 (DMF) 中以 1%~3% 的溶剂分散，然后进行溶 伸长率的相反影响。
剂添加。作者观察到硬链段含量 (HSC) 为 51% 的 TPU 本文旨在探讨气相二氧化硅对TPU机械性能的影
试品中的二氧化硅的断裂伸长率明显增加，杨氏模 响，并进行详细、完整的研究。不仅拉伸性能，硬
量降低。对于 HSC 为 34% 的 TPU，杨氏模量增加， 度、压缩性能和动态性能在大多数TPU应用中也都很
断裂伸长率基本保持不变。 Vega-Baudrit测试了 HDK 重要。

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