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聚氨基甲酸酯弹性体扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-4-10 17:10:49
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,与多异氰酸酯及二醇或二胺类聚氨基甲酸酯弹性体扩链剂逐步加成聚合而成。

聚氨基甲酸酯弹性体扩链剂合成的聚氨酯,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二醇,在聚氨酯中占有80%~90%的质量比例,分子量一般在1000~2000,它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。

聚氨基甲酸酯弹性体扩链剂合成的聚氨酯,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。

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。研究了硬段含量和聚醚添加量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。



4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)产品用途

4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可应用于硬泡、软泡、涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体、典型的使用量为多元醇的1-5%。4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA还可应用于喷涂聚脲、及多种用于金属和混凝土修补的化合物。

软泡:大块泡沫 - 在标准的TDI和高回弹泡沫组合料中,加入3-5php的4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可以提高泡沫的拉伸强度、撕裂强度和承载性能,在多数情况下,这些优点在降低泡沫密度得以实现在聚酯泡沫中,同样比例的4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可以显著提高撕裂强度和承载性能,而不影响泡沫的其他性能。冷模塑泡沫 - 在商业应用中已经证实,加入1-2php的4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA 可降低密度、软化泡沫,从而使泡沫性能得以优化。还可以增强拉伸强度、撕裂强度和延伸率,缩短脱模时间。

硬泡:聚氨酯硬泡  – 在有水或无水硬泡体系中使用3-5php的4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA, 可明显提高泡沫的压缩强度及尺寸稳定性,同时降低易脆性,提高闭孔率,降低导热系数。聚异氰脲酸酯硬泡 - - 在系统中加入5php的4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可以提高压缩强度100%,在高比例水发泡或全水发泡中,尺寸稳定性显著改善。

涂料/胶粘剂/密封剂/弹性体:涂料 - - 4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可用于TDI和MDI的涂料的室温熟化.配合适当的催化剂共熟化剂,可以生产用于喷涂、浇铸法的组合料系统。用4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA作熟化剂的配方,可以提高粘着性和表面质量。

胶粘剂 - 4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA使得基层更好地润湿,熟化后的聚合物与涂敷的表面更好地粘着。硬弹性体- - 4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA可用于MDI半预聚物的熟化,以生产一系列硬度高的弹性体。

软弹性体 – 使用4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA 作熟化剂可以延长釜中寿命,从而生产用作工业密封材料的软弹性体。


结果表明: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。

本文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。

实验原料。MDI:聚合级,数均分子量1000,聚合级,使用前经100摄氏度抽真空干燥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摄氏度下加热回流2h,放置过夜后,再减压蒸馏,收集70~90摄氏度的馏分;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:Instron4465型电子万能试验机,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摄氏度(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摄氏度(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摄氏度,并且保持10min,再次冷却至20摄氏度,记录样条长度L2。

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