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聚氨酯弹性体(TPU)用扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-4-29 15:17:06
聚氨酯弹性体(TPU)又称聚氨基甲酸酯弹性体,是一种主链上含有较多氨基甲酸酯基团的高分子合成材料,一般由聚醚、聚酯和聚烯烃等大分子多元醇,与多异氰酸酯及聚氨酯弹性体(TPU)用扩链剂逐步加成聚合而成。

其结构包含以氨基甲酸酯键相连的硬段和软段。软段为分散相大分子聚氨酯弹性体(TPU)用扩链剂,分子量一般在1000~2000,聚氨酯弹性体(TPU)用扩链剂赋予材料易于被拉伸和回缩的特性。硬段为异氰酸酯,含有多种极性基团,具有结晶性,所占的质量比为10%~20%,它使纤维具有很好的回弹性和强度。

若干相邻的硬段以分子间相互作用力结合在一起,紧紧地聚集成簇或者形成缚结点 区域,这样就形成了不连续的相,分散在软段中,这种现象就是微相分离。

正是这种软、硬段的共存体系导致聚氨酯弹性体成为一种介于橡胶与塑料之间的弹性材料,既具有橡胶的高弹性,又具有塑料的高强度,它的伸长率大,硬度范围广,因此被广泛应用。

聚氨酯原料的种类和聚合物中特性基团的繁多,使聚氨酯的物理结构极其复杂。

通过调节原料的种类和配比可以制成不同性能的产物。从原料上来看,硬段含量和聚酯或聚醚构成的软段组分的性质及分子量组成很大程度上决定了聚氨酯的性能。

改变分子中软段的组成可以改变软段和硬段之间的相容性,进而改变材料的性能。因此,确定最佳硬段含量和合适的软段结构非常重要。

分别采用聚己二酸丁二醇酯(PBA)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为主要原料,1,4丁二醇(BDO)扩链,并在软段中添加少量聚醚聚四氢呋喃二醇(PTMG)进行改性,重点研究了硬段和聚醚添加量对聚氨酯弹性体性能的影响。

通过红外光谱、力学性能、耐水解老化和弹性回复性能的测试,确定了最佳的硬段含量和软段中最佳的聚醚添加量,这对聚氨酯弹性体的研究具有一定的借鉴指导意义。



中文名称:2,2-二羟甲基丁酸

中文同义词:扩链剂亲水剂DMBA,2,2-二羟甲基丁酸;2,2-双(羟甲基)丁酸;二羟甲基丁酸;双羟甲基丁酸;二羟甲基丁酸(DMBA);2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)

英文名称:2,2-Bis(hydroxymethyl)butyric acid

英文同义词:2,2-Dimethylolbutyric Acid;2,2-Bis(Hydroxymethyl)Butyric Acid;2,2-Bis(Hydroxymethyl)-N-Butyric Acid;2,2-Bis(Hydroxymethyl)Butanoic Acid;Dimethylolbutanoicacid(Dmba);Dimethylolbutanoicacid;

CAS号:10097-02-6    EINECS号:424-090-1

分子式:C6H12O4  分子量:148.16

物化性质:外观为白色晶体,熔点108-115 °C ,可溶于水、甲醇、丙酮等。

2,2-二羟甲基丁酸(扩链剂亲水剂DMBA)用途:DMBA是带有两个活性的羟甲基团的新戊基羧酸,因此可以被用作合成水性高分子体系,可广泛用于水溶性聚氨酯、聚酯、环氧树脂等方面。DMBA在不同溶剂中具有比DMPA更好的溶解性能,因此可以使工作效率得到很大的改善。

DMBA被视为水性聚氨酯用新一代绿色环保型扩链剂和内乳化剂,生产水性聚氨酯胶黏剂,无需使用有机溶剂,有机残留物为零。不存在使用DMPA熔点高、溶解慢、反应时间长、能耗高、产品性能差、需要加入有机溶剂、溶剂残留量大等问题。还可用于水性环氧树脂、聚酯等胶黏剂的制造。目前水性聚氨酯、水性树脂、水性胶粘剂、水性涂料等水性产品多用途改性助剂(亲水扩链剂),作为单体,改性过程中,二羟甲基丁酸(DMBA)无需添加任何有机溶剂(以水代替),生产工艺更加简单,性能稳定,.其中二羟甲基丙酸(DMPA)以优越的性价比使得其在水性领域应用较为普遍!



实验原料:MDI:聚合级,数均分子量1000,聚合级,使用前经100!抽真空干燥2h;PBA:数均分子量2000,使用前经100!抽真空除水12h;N,N-二甲基甲酰胺(DMF),分析纯,使用前先加入氢化钙,在60下加热回流2h,放置过夜后,再减压蒸馏,收集70~90的馏分;BDO:使用前需真空除水2~3h。

傅里叶变换红外光谱:Paragon1000型红外光谱仪,扫描次数为16次,光谱范围为1000~3500cm-1。原子力显微镜:Nanoscope?a多模式扫描探针显微镜,敲击模式,扫描面为样品的表面。广角X射线衍射:RigakuD/Max2000X射线衍射仪,工作电压为40kV,电流为20mA,铜靶射线源(CuKa,=0.154nm),扫描速率为5#/min,扫描范围为2#~50#。

拉伸性能测试,GB/T528-1998标准,设定拉伸速率为500mm/min,材料制成哑铃形拉伸试样,长20mm,宽4mm,厚1~2mm,数据取5次测试的平均值。回复形变性能:用带有温度控制室的Instron4465型电子万能试验机测定。

操作步骤如下:在70!(Tg+20)的温度下,以10mm/min的拉伸速率拉伸样条至100%形变(2L0),保持5min;将温度降至20!(Tg-20)后卸除夹头,样条自行收缩30min,记录样条长度L1;再次升温至70!,并且保持10min,再次冷却至20!,记录样条长度L2。

采用本体聚合和溶液聚合两种方法,合成了一系列用聚乙二酸丁二醇酯二醇作为软段的聚氨酯弹性体。研究硬段含量和聚醚添加量、二醇或二胺类扩链剂对聚氨酯弹性体综合性能的影响。

利用红外光谱、热分析、力学性能测试、记忆回弹性能和耐水解老化实验等测试手段对样品进行了表征与分析。硬段质量含量为31%~35%时,材料的力学性能较优,形状回复率可以达到75%~85%;软段中聚醚添加量在4%~5%(占软段的质量分数)时,弹性体具有较好的力学性能和耐水解性能。


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