在給出的示例中(圖1a)，彈性相由聚氨酯組成，聚氨酯是通過縮聚反應(yīng)機(jī)理行成，即異氰酸酯和乙烯基單體(如MMA)中的過量的多元醇或多胺作用。之后的聚合物在這一階段不反應(yīng)。為生成極小粒子，賦予更高的沖擊強(qiáng)度［6］，在反應(yīng)過程中需用強(qiáng)力攪拌。

最后，通過添加帶羥基官能團(tuán)的乙烯基化合物實現(xiàn)對彈性體的封端。生成的產(chǎn)物是超細(xì)分散在仍為液體的活性稀釋劑(乙烯基化合物)中的彈性體(PU)。

在開始的幾個月內(nèi)，該分散體保持穩(wěn)定，之后，通過鏈增長機(jī)制聚合成固體材料(PMMA)，其中包含超細(xì)分散聚氨酯作為聚合物鏈的一部分。該步驟可采用純材料(含有40%～60%彈性體)或作為膠黏劑配方或模塑料的一部分來完成(見圖1b)。

在聚合反應(yīng)之后，獲得固態(tài)彈性相的均勻分散體，最終生成一種完全透明的材料。然而，如果在聚氨酯形成過程中放慢攪拌速度，那么黏度會大大增加，最終使該材料再也不能用于配方中。

圖2 活性稀釋劑中分散的液態(tài)和聚合聚氨酯納米粒子的性能

合成的復(fù)合材料的基本性能這些分散體在液態(tài)階段最重要的性能如圖2所示。通過動態(tài)激光散射法測定的粒子尺寸小于100 nm(圖2a)，即使在彈性體含量為40%～60%、分子量為5 000-25 000 g /mol的情況下，黏度仍小于2 Pa•s(圖2b)。

為展示基體中各個官能團(tuán)的均勻分布情況，可用 OsO4 對帶官能團(tuán)的聚丁二烯基聚氨酯的PMMA進(jìn)行著色(圖2c)，TEM圖像中可見部分丁二烯。

這些新型聚合物呈現(xiàn)出2個不同的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，可通過復(fù)合材料(甲基丙烯酸四氫糠酯作為基體，聚酯聚氨酯作為分散相)來證明(圖2d)。乙烯基單體 (甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯乙烯等)可用作活性稀釋劑。彈性相聚氨酯可基于脂肪族或芳香族的異氰酸酯 (如異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和二苯基甲烷二異氰酸酯)以及不同的多元醇或胺(如聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚硅氧烷等)。

納米粒子極大改變了聚合物性能

圖3

(a)擺錘式?jīng)_擊強(qiáng)度(DIN EN ISO179-1)；測試樣品長80±2 mm，寬10±0.2 mm，厚4±0.2 mm；
(b)凸肩形測試條(DINEN ISO527)的抗張強(qiáng)度以及甲基丙烯酸四氫糠酯基聚合物的斷裂伸長率(不同的PU含量)；
(c)采用純聚甲基丙烯酸四氫糠酯制成的凸肩形測試條；
(d)抗沖擊測試之后發(fā)生變形的聚甲基丙烯酸四氫糠酯測試條(含43%的PU)

圖3給出了未稀釋的聚合材料的一些重要性能。聚甲基丙烯酸四氫糠酯(PTHFMA)因其氣味小，且能快速固化，選作基體聚合物。然而，固化后此材料的脆性太高，因此很難用作基體材料。

純聚甲基丙烯酸四氫糠酯幾乎無沖擊強(qiáng)度(圖3a)，其抗拉強(qiáng)度也無法測定，且?guī)缀鯚o斷裂伸長率 (圖3b)。將測試棒安裝在試驗機(jī)上時，就會斷裂(圖 3c)。通過改變添加彈性體的含量(在圖3d中，高達(dá) 43%)可極大改變其性能。當(dāng)彈性體含量為25%時，聚合分散體的沖擊強(qiáng)度超過1 600%，高于基體材料自身的沖擊強(qiáng)度(0.32 kJ/m2，圖3b)。當(dāng)彈性體含量更高時，生成的材料性能無法測量(圖3d)。抗拉強(qiáng)度開始上升至3 MPa(15%彈性體)，然后，隨著伸長斷裂率從約12%增加到340%(圖3b)，抗拉強(qiáng)度降到0.5 MPa。因此，通過聚氨酯改性可使PTHFMA性能在較大范圍內(nèi)變化，因而使其應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。