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機理行成，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。為生成極小粒子，賦予更高的沖擊強度［6］，在反應過程中需用強力攪拌。

最后，通過添加帶羥基官能團的乙烯基化合物實現對彈性體的封端。生成的產物是超細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，該分散體保持穩定，之后，通過鏈增長機制聚合成固體材料(PMMA)，其中包含超細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)。

在聚合反應之后，獲得固態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和聚合聚氨酯納米粒子的性能

合成的復合材料的基本性能這些分散體在液態階段最重要的性能如圖2所示。通過動態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的均勻分布情況，可用 OsO4 對帶官能團的聚丁二烯基聚氨酯的PMMA進行著色(圖2c)，TEM圖像中可見部分丁二烯。

這些新型聚合物呈現出2個不同的玻璃轉化溫度，可通過復合材料(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)擺錘式沖擊強度(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度(圖3a)，其抗拉強度也無法測定，且幾乎無斷裂伸長率 (圖3b)。將測試棒安裝在試驗機上時，就會斷裂(圖 3c)。通過改變添加彈性體的含量(在圖3d中，高達 43%)可極大改變其性能。當彈性體含量為25%時，聚合分散體的沖擊強度超過1 600%，高于基體材料自身的沖擊強度(0.32 kJ/m2，圖3b)。當彈性體含量更高時，生成的材料性能無法測量(圖3d)。抗拉強度開始上升至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性能在較大范圍內變化，因而使其應用領域更廣泛。