中文摘要：

聚合物透气性涉及到高分子的聚集态结构及链结构等高分子物理的基本问题，它在食品和饮料包装、农药化工、纺织服装、装饰装修、汽车、航空等领域得到广泛使用而成为当今材料科学研究的热点之一。因此关于聚合物透气性和阻隔性机理研究不仅具有重要的理论意义，还具有极为重要的实用价值。大量研究表明，聚合物中纳米量级的自由体积特性在决定气体的渗透性及阻隔性方面扮演了极为重要的角色。如何表征聚合物中纳米量级的自由体积特性，精确测量自己体积的大小、浓度及分布是制约气体渗透性机理研究的"瓶颈"。本课题利用对聚合物纳米量级自由体积特性最灵敏的正电子谱学系统研究由不同软段及不同硬段组成的共聚物的相容性和自由体积特性及其对透气性的影响；无机纳米层状粒子的加入对聚合物层状纳米复合材料的界面特性和自由体积特性及气体阻隔性的影响。研究成果将阐明气体透气性的自由体积机理，为高性能透气性材料的分子设计和开发应用提供理论依据和实验数据

结论摘要：

研究了分别由三种不同软段丁羟聚氨酯(HTPB-PU)、丁苯聚氨酯(HTBS-PU)及丁腈聚氨酯(HTBN-PU)合成的三种嵌段共聚物的自由体积特性及其与气体渗透性能的关联，发现气体分子输运和渗透性服从基于自由体积理论的Fujita模型；在253K-323K温度范围内，研究了加入亲水基团聚乙二醇(PEG)的聚酯和聚醚聚氨酯的自由体积特性随温度的变化及其对水汽渗透性能的影响，发现自由体积和亲水性集团是决定水汽渗透性的重要因素； 研究了累脱土(rectorite)和蒙脱土(MMT)/橡胶(SBR)纳米复合材料和N326(炭黑)/SBR复合材料的自由体积特性和气体阻隔性。实验结果发现在纳米复合材料中形状因素对气体阻隔性的影响可用Neilson模型来解释。这主要是由于纳米片层结构增加了气体分子在聚合物中的扩散路径，导致气体阻隔性增强。在橡胶纳米复合材料中，自由体积分数与气体渗透系数之间的关系并不遵循Fujita的自由体积模型， Neilson'model这表明自由体积特性与分散在基体中纳米片层造成的曲折路径是决定气体渗透性的重要因素。