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室温固化新型聚氨酯弹性体的制备及性能研究

赵浩成  
【摘要】:聚氨酯弹性体(PUE)又称聚氨酯橡胶,是一种主链上含有较多氨基甲酸酯基团,性能介于塑料和橡胶之间的高分子合成材料。PUE独特的微相分离结构赋予了其优异的性能,被广泛应用于国防和国民经济的各个领域。 聚氨酯弹性体一般由构成软段的低聚物多元醇和组成硬段的多异氰酸酯与扩链剂逐步加成聚合而成。所用低聚物多元醇平均官能度较低,相对分子质量为400~6000,常用的有聚醚多元醇、聚酯多元醇和聚丁二烯多元醇等。由聚醚多元醇构成软段的PUE具有耐腐蚀、耐水解、抗挠曲和良好的黏结性,目前聚醚多元醇的合成主要有传统的碱催化剂工艺和DMC催化剂工艺,其原料基本来源于昂贵的不可再生资源石油。如果在聚醚多元醇的生产中使用一定量的可再生资源来代替石化产品,这将对PUE的未来发展以及应对日益关注的能源危机具有重要的意义,为此许多科技工作者做出了不少努力。浇注型PUE制品通常是通过高温模压成型制备,但是对于一些形状复杂的制品,或者是在无法提供加热加压环境的情况下,这种方法就很难实现。因此,有必要研究和探索在室温下施工和固化并且性能优良的PUE,同时还能节约成本,降低能耗。 本课题采用半预聚物法,室温固化制备了一系列浇注型聚氨酯弹性体(CPUE),甲组分中的聚醚多元醇使用可再生资源蓖麻油为起始剂由环氧丙烷开环聚合而成,并对其相关性做了深入分析。对该新型聚氨酯弹性体进行了红外光谱测试,结果表明其分子结构中含有氨基甲酸酯基、醚键以及苯环等基团的特征吸收峰,表明实验成功制备了聚醚型聚氨酯弹性体;通过力学性能测试,对影响该种聚氨酯弹性体力学性能的各种因素进行了详细分析,力学性能测试包括硬度、回弹、扯断伸长率、拉伸强度以及撕裂强度等,聚氨酯弹性体的结构影响着其性能,原料中聚醚多元醇的种类、扩链剂的种类、NCO基质量分数、增塑剂和填料的用量以及异氰酸酯指数的改变都会引起弹性体性能的差异,通过分析研究,这些差异存在一定的规律性;DSC差示扫描结果表明,聚氨酯弹性体分子链中硬段含量升高,分子链柔顺性下降,从而玻璃化转变温度(Tg)升高,由于所用多元醇为聚醚多元醇,醚键内聚能较低,故制备的聚氨酯弹性体均有较好的耐低温性能;利用热重分析(TG)研究了其耐高温性能,结果表明硬段含量和扩链剂种类都会影响PUE的热稳定性;通过扫描电镜(SEM)观察到实验制备的聚氨酯弹性体存在明显的微相分离结构,填料粒子在弹性体中分散性不够理想,存在团聚现象。


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