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大分子序列结构及不同软链段对聚氨酯性能的影响

余翔  
【摘要】:由于制备聚氨酯原料的多样性以及聚氨酯结构的复杂性,影响聚氨酯性能的因素有很多,如聚合物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂、聚氨酯分子内基团、添加的其他聚合物以及工艺条件等。由于物质的结构和性能紧密相关,大分子的序列结构会对聚氨酯的分子排布和微相分离产生直接的影响,进而影响其性能,所以考察大分子的序列结构对聚氨酯性能的影响很有必要,同时不同软段的结构也会对聚氨酯的性能产生影响,所以本文同时考察了不同软链段对聚氨酯性能的影响。 本文以聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、聚己内酯二元醇(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI-100)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA, E-300)为主要原料,通过分子设计,分别制备了不同序列结构的聚醚型聚氨酯、聚己内酯型聚氨酯、聚醚-聚己内酯型聚氨酯,并对不同序列结构的聚氨酯的力学性能、耐溶剂性能以及动态力学性能进行了分析比较。同时本文还对以聚四亚甲基醚二醇(PTMG)和聚己内酯二元醇(PCL)为软链段以及以聚己二酸乙二醇酯(PEA)和聚己内酯二元醇(PCL)为软链段的聚氨酯的性能进行了分析比较。(将聚四亚甲基醚二醇(PTMG)记作A,聚己内酯二元醇(PCL)记作B,2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI-100)记作C,二甲硫基甲苯二胺((DMTDA,商品名E-300)记作D) 结果表明: (1)以-D-CAC-为单元的聚醚型聚氨酯PUl具有较高的硬链段含量,较高的硬度,拉伸强度和耐撕裂强度和耐溶剂性能,但断裂伸长率较低,而以-D-CAC-ACA-CAC-为单元的聚醚型聚氨酯PU2具有较低的硬链段含量,较低的硬度,拉伸强度和耐撕裂强度,但断裂伸长率很大;同时,以-D-CAC-ACA-CAC-为单元的PU2具有更低的玻璃化转变温度,但温度升高后,由于交联点间的分子量很大,逐渐失去弹性。 (2)大分子的序列结构不同,其制备的聚己内酯型聚氨酯的性能也不相同。但是序列结构对聚己内酯型聚氨酯性能的影响与聚醚型聚氨酯性能的影响有所不同。以-D-CBC-为单元的聚己内酯型聚氨酯PU3具有较高的硬链段含量,较大的拉伸强度和耐撕裂强度,但是断裂伸长率不高;而以-D-CBC-BCB-CBC-为单元的聚己内酯型聚氨酯PU4具有较高的断裂伸长率,拉伸强度和耐撕裂强度相对于PU3都有所降低,但下降的幅度不大。另外,两种序列结构的聚己内酯型聚氨酯在常温时的硬度都是ShoreA80以上,但是以-D-CBC-BCB-CBC-为单元的聚己内酯型聚氨酯在100℃以上硬度仅为ShoreA20左右。此外,与聚醚型聚氨酯不同的是,这两种序列结构对聚己内酯型聚氨酯的动态力学性能的影响不大,以-D-CBC-BCB-CBC-为单元的PU4的玻璃化温度比以-D-CBC-为单元的PU3的玻璃化温度有所降低,但降低的幅度很小。 (3)序列结构对聚醚-聚己内酯型聚氨酯的性能的影响介于聚醚型和聚己内酯型聚氨酯之间,更接近于聚醚型聚氨酯的性能变化。以-D-CXC-为单元的无序聚醚-聚己内酯型聚氨酯PU5具有较高的硬链段含量,较高的硬度,拉伸强度和耐撕裂强度,以-D-CAC-BCB-CAC-为单元和以-D-CBC-ACA-CBC-为单元的聚醚-聚己内酯型聚氨酯PU6和PU7具有相近的性能,它们都具有较低的硬链段含量,较低的硬度,但具有较大的断裂伸长率;并且它们都具有较低的玻璃化转变温度,但随着温度的升高,逐渐失去弹性。 (4)对于混和软链段的聚氨酯来说,在以PTMG为软链段的聚氨酯中混入PCL,其拉伸强度变化不大,耐撕裂强度和断裂伸长率都有很大的提高,即在以PTMG为软链段的聚氨酯中加入PCL,可以提高力学性能。但PTMG和PCL的相容性不好,两者的混合不能促进彼此PU材料的微相分离。而在以PEA为软段的聚氨酯中,加入PCL,其拉伸强度所有提高,但断裂伸长率和耐撕裂强度都有所下降,即在以PTMG为软链段的聚氨酯中加入PCL,力学性能并没有提高。而以PEA为软链段的PU和以PCL为软链段的PU可以产生协同效应,促进彼此的微相分离。另外,以PCL为软链段的PU具有较好的阻尼性能。


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