聚脲材料的改性研究

来源 :河北科技大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:k60775
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聚脲是近年来,继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无)污染之后,开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色环保高分子材料,而聚氨酯/聚脲与聚脲不同的是胺组分(R组分)可以含有聚醚多元醇和端氨基树脂等。聚氨酯/聚脲中异氰酸酯组分(A组分)的NCO基团,可与多种树脂,如聚酯、聚醚、环氧、有机硅、丙烯酸等树脂混合改性,可以满足不同的使用要求,获得性能优异、用途广泛、高性价比的聚氨酯/聚脲材料,满足国民经济的多样化要求。本课题的基础配方为,A组分:端NCO预聚体1,R组分:端氨基聚醚、聚醚多元醇、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷,制备得到的聚氨酯/聚脲作为空白涂层(HPU1)。在基础配方上,分别采用酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂进行改性。首先通过傅氏红外光谱(FTIR)对改性产物进行表征,然后考察涂层的凝胶时间、表干时间、力学性能、耐强酸性(25%HCl、45%H2SO4、75%H3PO4)、耐强碱性(45%NaOH)、耐热性能、阻尼性能及拟合涂层定温下涂层的储能模量E’和损耗因子tanδ主曲线。以酚醛树脂为改性剂,在R组分中引入不同量的酚醛树脂,制得酚醛树脂改性聚氨酯/聚脲涂层,分别编号为HPU2、HPU3、HPU4、HPU5。首先通过FTIR表征酚醛树脂已经成功接支到聚氨酯/聚脲分子主链中,然后对涂层进行性能测试。结果表明:当R组分中酚醛树脂质量分数在50%左右时综合性能较佳,拉伸强度由8.9MPa提升至13.2MPa;耐强酸性提升;耐强碱性稍差;玻璃化温度(Tg)由12.6℃提升至106℃;阻尼性能提高;并预测了涂层在20℃下储能模量(E’)和损耗因子(tanδ)随频率的变化趋势。以E-51双酚A型环氧树脂为改性剂,首先分别改性端氨基聚醚和二乙基甲苯二胺(DETDA),得到端环氧基改性聚醚和端环氧基改性DETDA。通过FTIR对端环氧基改性聚醚和端环氧基改性DETDA进行表征。结果表明:端环氧基改性聚醚和端环氧基改性DETDA为实验所预计合成的产物。然后将端环氧基改性聚醚和端环氧基改性DETDA分别引入基础配方的R组分中,再同A组分反应制得环氧树脂改性聚氨酯/聚脲涂层,分别编号为HPU6、HPU7、HPU8,并对涂层进行性能测试。结果表明:环氧树脂改性后的聚氨酯/聚脲涂层力学性能均表现良好;经高浓度强酸溶液浸泡后,HPU7和HPU8的涂层表面无损坏;环氧树脂的引入对涂层耐强碱性能没影响;通过热失重图知,HPU7具有最高的初始分解温度(T10)334.1℃,失重50%时的温度(T50)为400.5℃;由tanδ-T谱图知,HPU8具有最高的Tg为96℃,耐热性能提高;由tanδ-T谱图得,改性后的涂层阻尼温度域变宽,tanδ峰值升高,阻尼性能提高;预测了在40℃下数百万频率范围内,涂层E’以及tanδ的变化趋势,为指导实践提供了帮助。以羟基硅油和环氧树脂为改性剂,首先使用羟基硅油对二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI50)改性,得到端NCO预聚体2;环氧树脂对DETDA改性,得到端环氧基改性DETDA。通过FTIR对改性产物进行表征。结果表明:端NCO预聚体2和端环氧基改性DETDA为实验所预计合成的。然后将端NCO预聚体2以不同比例引入A组分中,端环氧基改性DETDA以固定含量加到R组分中,制得的涂层分别编号为:HPU9、HPU10、HPU11、HPU12,并对涂层进行性能测试。结果表明:HPU9、HPU10、HPU11的力学性能表现良好;通过TGA测得HPU10具有最高的T10和T50,分别为330.1℃、410.5℃;同时由tanδ-T谱图得,Tg均高于空白试样,涂层阻尼温度域均宽于HPU1,tanδ峰值亦高于HPU1,阻尼性能得到明显改善;预测了在20℃下,涂层的储能模量(E’)以及损耗因子(tanδ)随频率的变化趋势。综上所述,三种改性实验中,具有优良的力学性能,同时也有良好的耐强酸性能、耐热性能的配方为HPU4和HPU7;在强碱性能方面,仅酚醛树脂改性的涂层表现稍差;有机硅树脂和环氧树脂混合改性后的涂层具有优异的耐热性能,HPU10配方较优;环氧树脂改性后涂层的阻尼性能较优,HPU6具有较宽阻尼温度域(12℃90℃),峰值提升至0.8。
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