互穿网络结构

王进杨军（株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007）；张晓君丁智平（湖南工业大学包装与印刷学院湖南株洲412007）

一、前言

聚合物基阻尼涂料是一种以聚合物为基质的功能材料，能够减少各种机械振动产生的振动及噪音，提高机械的精度及寿命，消除振动及噪音产生的环境污染。20世纪50年代，西德首先研制出高聚物粘弹阻尼涂料，因其性能优异、价格低廉、使用方便而广泛用于各种设备的减振消噪音。目前，阻尼高分子材料的设计与研究是国内外关注的热点之一，已有许多高分子聚合物用于减振消噪音系统中。

互穿网络(IPN)聚合物是近年发展起来的一类综合性能良好的高分子材料。由于各聚合物网络之间互相交叉渗透、机械缠结，起着强迫互容和协同效应作用，为改善聚合物的性能提供了一种有效方法。这一研究领域正引起众多学者的关注。本文总结了近年来国内IPN阻尼涂料的研究进展。

二、聚氨酯/聚丙烯酸酯IPN阻尼涂料

这是研究最多的一类阻尼涂料。秦东奇等人制备了100-110℃的宽温域聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯(PU/PMMA)IPN阻尼涂料，并且发现加入填料能明显加宽温域，提高阻尼效果。加入石墨、玻璃棉、云母、10-100μm玻璃微球、10-180μm玻璃微球，5种填料的结果表明，不同填料的最佳添加量不同，取得的阻尼效果也相异，，多数以10%为最佳，其中玻璃棉和10-100μm微珠的阻尼因子(tanδ)大于0.5的温度区间都达到110℃(通常tanδ>0.3即可作为一种阻尼涂料)，预示着其是一种具有应用开发前景的阻尼涂料。

李文安利用二步合成法合成了PU/PMMA互穿聚合物阻尼涂料，当PU/PMMA质量比为80/20，NCO/OH为1.5时，采用丙酮作溶剂，同时添加一定量的石墨或云母粉，作为涂料具有很好的成膜性能和阻尼性能。

唐冬雁等以甲苯二异氰酸酯预聚体与聚醚反应，合成了一系列高温固化的聚醚氨酯，用于与体型PMMA的IPN研究。研究发现：-NCO与-OH的组分比及交联密度对网络材料的阻尼性能有明显的影响，随-NCO/-OH比例的减小，PU网络的完善程度增大；随有效交联密度增大，材料的混容性增加，二者共同作用使材料耗损能量的能力增加，表现出良好的阻尼性能；而当PU与PMMA的组分比为60/40时，IPN的阻尼性能较好，其Tg范围在-10-50℃。

由于聚丙烯酸酯玻璃化转变温度(Tg)温度较高，2种聚合物形成IPN后，可以制备温度范围达100℃以上的宽温域阻尼涂料。并且聚氨酯(PU)分子内含有软段和硬段两相组分，通过采用不同的结构聚氨酯可以合成一系列IPN阻尼涂料，并且该系列的阻尼涂料的力学性能、热性能和耐水性等性能可以加以控制和调节。

三、聚氨酯/环氧树脂(EP)IPN阻尼涂料

由于EP种类对IPN的相分离影响很大，双酚A型EP与PU可以形成相容性较好的IPN，

表现出较宽的Tg峰，阻尼性能好。李玉玮等人采用同步法，制备了一系列PU/EP涂料，研究了多元醇类型、催化剂用量及各种无机填料对涂料性能和涂层力学性能的影响。其中，用聚乙二醇(PEG)、端羟基己二酸乙二醇酯(PES)合成的IPN涂料，阻尼性能远好于蓖麻油制备的涂料。

韩孝真等人研究了蓖麻油(CO)PU与端羟基丁腈(HTBN)改性的环氧IPN，环氧改性后，橡胶态的HTBN在环氧中形成“PhasewithinPhase”结构，相畴减小，DMA谱显示一个宽的Tg峰，并且Tg随EP含量增加而上升，通过改变EP用量可以得到各种适用温域的阻尼涂料。而当PU软段改为PTMG后，却表现出明显的不相容，这可能和PTMG软段与EP中HTBN的极性相差太大，相容性不好有关。

决定PU/EPIPN相容性的关键因素是PU软段与EP的相容性，常用的PPG、PEG、HTBN以及聚酯等PU软段由于均含有极性基团，与双酚A环氧有良好的相容性，所得IPN 的相容性也较好，表现出良好的阻尼性能；而HTBN极性极低，与EP不相容，IPN表现出明显的相分离，同样对于极性很大的软段(如HTBN)与极性不高的EP(如脂肪族EP)互穿也会表现出明显的不相容，其阻尼性能较差。

由于环氧树脂的高强度、模量、热稳定性和耐水性等优点，预计该种涂料的耐水性、各种粘结性能和力学性能将得到极大改善，因此在开发新一代的阻尼涂料中具有重要意义。

四、聚氨酯/乙烯基聚合物IPN阻尼涂料

PU与乙烯基聚合物可以形成很多种IPN，如PU/聚苯乙烯(PS)IPN。由于乙烯基单体种类繁多，可以自由选择不同软硬的单体得到各种Tg的IPN。另外，进行IPN时，PU为逐步聚合，而乙烯基聚合为自由基聚合，所以聚合时相互干扰少，形成较理想的IPN。国内对PU与乙烯基聚合物的研究十分活跃，陈宝铨等人研究了不同软段PU/PMMAIPN的相容性，当软段溶解度参数与PMMA接近时，形成的IPN相容性较好，如软段为聚环氧氯丙烷(PECH)时，IPN只显示一个玻璃化温度峰，而软段为聚环氧乙烷(PPG)、聚环氧丙烷(PEG)、丁羟(HTPB)时，由于它们与PMMA溶解度参数相差大，表现出明显的相分离。相容性较好的(PECH)PU/PMMAIPN的进一步研究表明：

(1)PU硬段含量提高，相分离加剧，当三羟甲基丙烷(TMP)/PECH.3时，只有一个Tg峰，而TMP/TECH.23时为2个Tg峰；

(2)(PECH)PU/PMMA=80/20时，Tg峰的温域宽约60℃，表现出良好的阻尼性能。(PECH)PU/PSIPN与(PECH)PU/PMMAIPN的研究结果显著不同，前者表现出明显的不相容性，DMA谱显示的Tg峰几乎没有内迁，说明PECH与PS极不相容，只有当PS含量很少时(5%)，由于笼蔽效应，苯乙烯(St)只能形成低分子量PS，起增塑作用，才能得到较好的相容性。

万勇军等采用二步法制备了PU/乙烯基酯树脂IPN，当PU与乙烯基酯树脂的质量比为40/60和30/70时，IPN在10-130℃范围内，tanδ-T曲线都出现一个很宽的阻尼平台，阻尼值很高，材料的宽温域的阻尼性能最好。研究表明：MDI体系IPN的tanδ-T曲线峰比TDI 体系的低，Tg峰也较窄，且向高温移动；聚氧化丙烯多元醇(PPO)体系与蓖麻油(CO)体系