新型聚氨酯扩链剂的合成及其与聚氨酯性能的关系研究
热塑性聚氨酯(TPU)具有优异的力学强度、耐磨性以及可重复加工性，在很多领域实现了应用。TPU是由软硬段组成的、具有微相分离结构的材料，硬段种类和含量是影响其力学性能和耐热性能的关键因素之一。扩链剂是TPU硬段的重要组成部分，通常用的是脂肪族二元醇如丁二醇。为了获得高的力学性能和耐热性能，一般需要硬段刚性强且硬段含量高，所以只能通过提高异氰酸酯的刚性和用量来实现。异氰酸酯毒性大，且提高其用量会导致硬段尺寸不均匀。在本论文中，首先设计合成了含有氨基甲酸酯官能团的二元醇扩链剂，然后利用该新型的扩链剂提高硬段中氨基甲酸酯官能团的含量，从而达到在不需要提高异氰酸酯用量的情况下实现较好的性能。主要工作内容如下: (1)以碳酸乙烯酯和不同碳链长度的二元胺为原料，采用开环反应合成了三种主链上含有氨基甲酸酯基团、端基为羟基、不同亚甲基官能团数的新型扩链剂，双(2-羟乙基)丁烷-1，4-二氨基甲酸酯(BHB)、双(2-羟乙基)己烷-1，6-二氨基甲酸酯(BHH)、双(2-羟乙基)辛烷-1，8-二氨基甲酸酯(BHO)，通过FT-IR和1HNMR对其结构进行了表征，确定了其分子结构。利用合成的三种新型扩链剂与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚四亚甲基醚二醇(PTMG)合成了热塑性聚氨酯弹性体，与相同硬段含量下传统扩链剂BDO合成的TPU的性能进行了对比。结果表明，新型扩链剂合成的TPU氢键化程度更高、微相分离更明显，且玻璃化转变温度更低、软化点与力学强度更高，其中利用BHH合成的TPU软化点(163.87℃)比BDO-TPU(117.97℃)高了38.97％，利用BHO合成的TPU拉伸强度达到31.5MPa，比BDO-TPU(18.5 MPa)提高了70.27％。 (2)以PTMG为软段，自制扩链剂BHH和不同二异氰酸酯反应合成TPU，探究硬段组成与含量对TPU结构和性能的影响关系。研究发现，BHH与HDI合成的TPU的氢键化程度最高，而其玻璃换转变温度最低，软化点更高，力学性能更优。当硬段含量从33％增加至43％，BHH-TPU的氢键化程度也随之增加，软化点温度提高，断裂伸长率降低，拉伸强度提高。
热塑性聚氨酯;扩链剂;异氰酸酯;微相分离;力学性能
北京化工大学
硕士
材料工程
王朝;董栋
2021
中文
TQ323.8
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）