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聚氨酯高分子材料扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-4-27 15:46:34
在硬段含量基本相同的情况下,由于聚氨酯高分子材料扩链剂的结构不同,所合成弹性体的硬度、冲击强度和热变形温度各不相同。具有刚性结构的聚氨酯高分子材料扩链剂E可赋予材料较高的硬度、热变形温度和较高的冲击强度;线性直链结构的1,42丁二醇具有较好的柔顺性,因此由其合成的弹性体硬度最低,但耐冲击性最好。

对称的脂环族二元醇扩链剂D反应性较好,硬段的脂环族结构提高了硬度,相对于线性脂肪族二元醇具有热变形温度高,冲击强度稍差。

由聚氨酯高分子材料扩链剂E的2组数据可以看出,单纯提高硬段含量的方法在一定程度上可以提高硬度及热变形温度,但混合物料粘度大、工艺性能稍差、成本高且得到的材料一般比较脆。综合考虑其性能和工艺的平衡采用扩链剂E还具有与A组分中聚醚多元醇相溶性好,使得A组分的贮存稳定性提高,合成聚氨酯材料的透明性进一步提高,加工工艺性能优异等特点。

A组分中混合多元醇每个羟基所对应的平均相对分子质量(N值)的大小直接影响最终聚氨酯材料的强度和硬度。通过调节A组分的N值制得一系列硬度的聚氨酯材料制品。

随着N值的增加,聚氨酯材料的硬度、热变形温度、拉伸强度降低,伸长率增加。这是因为A组分N值增加时与之反应的异氰酸酯量相应减少,硬段含量随之减少。因混合多元醇品种不同,A组分的混合多元醇N值不同,冲击强度在一定范围内波动。综合考虑性能和工艺,A组分多元醇所对应的每个羟值的N值最好控制在120~150范围内。

平均官能度对聚氨酯材料性能的影响。该透明聚氨酯属于交联型的聚合物,交联密度和网络结构的混杂程度则与使用的原料多元醇的官能度和异氰酸酯的结构有关。



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!



随着平均官能度的增加,交联密度提高,形成了混杂的网络结构,限制了软硬断之间的微相分离,聚氨酯材料的硬度、热变形温度增加,其冲击强度在一定范围内先增加后降低,这是因为A组分N值一定时,其平均官能度增加导致聚氨酯材料的交联密度增加,交联密度过大时聚氨酯材料发脆,表现为冲击强度显著降低。因此由实验结果可知A组分平均官能度应控制在2.5~2.7范围内。

聚氨酯材料的热变形温度及硬度按HDI、IPDI、H12MDI顺序依次增高,这是因为HDI 不含脂环结构,IPDI分子结构上有1个环己基,H12MDI分子结构上则有2个环己基,它们的刚性结构含量依次增加,故聚氨酯材料的硬度和耐热性能依次提高;由IPDI合成的聚氨酯的透光率最好,因为IPDI为非对称结构,合成的聚氨酯材料结晶倾向最低。

而HDI合成的聚氨酯硬度太低,不能满足产品要求。通过比较可知,选用IPDI反应活性适中、蒸气压最低,且其制得的聚氨酯材料透明性好(一般情况下材料透光率大于90%时,透明性较好),因此最终确定IPDI作为本实验的异氰酸酯组分。

采用预聚法时,物料粘度大流动性差,混合脱泡困难,特别是可操作时间短,当浇注量较大时只能用浇注机浇注,手工生产无法进行。而一步法和半预聚体法物料粘度适宜,混合脱泡容易、操作简单。因此本研究分别用一步法和半预聚法合成高硬度透明聚氨酯材料,其中半预聚法又分别采用样品1# 和4# 的配方。

半预聚法较一步法制得的聚氨酯材料性能明显提高,尤其在耐热变形性能上表现更加突出,这是因为一步法的反应较难控制,所得弹性体分子结构不规整,力学性能较半预聚体法差。

采用半预聚体法制备聚氨酯弹性体的反应分2步进行,由于采取了预聚步骤,使部分异氰酸酯先与其中一种多元醇反应,这在一定程度上控制了反应速度,在进行扩链反应时放热低,易于控制。

制得的聚氨酯分子链段排列比较规整,有利于软、硬链段之间的微相分离,制品具有良好的力学性能,重复性也较好。样品4# 由于采用较高官能度的多元醇使体系的交联密度提高,软、硬段的相混合程度提高而形成混杂的网络结构体系,结晶性降低,大大提高了聚氨酯材料的热变形温度,同时也提高了其机械性能。


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