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本文以聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和间苯二胺、乙二胺等为主要原料,采用两步法合成一系列聚氨酯脲嵌段共聚物。采用红外光谱(IR)、差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)等仪器对产物的氢键和微相分离、热性能等进行了研究分析,并研究了影响聚氨酯脲力学性能的诸多因素。
采用不同原料制备出了结构性能不同的聚氨酯脲。首先,实验采用聚四氢呋喃与二苯基甲烷二异氰酸酯制备出预聚体,确定了预聚体制备中的反应时间、温度;研究-NCO/-OH摩尔比和不同聚醚种类对预聚体黏度的影响;同时对预聚反应进行了动力学研究,获得了在70℃时反应速率常数。预聚体稳定性能良好,通过红外光谱法对其结构进行表征。
然后以不同扩链剂对上述预聚体进行扩链反应。用间苯二胺为扩链剂制备出聚氨酯脲,对力学性能的影响因素(不同相对分子量的聚四氢呋喃、软硬段比例、异氰酸酯指数)进行研究,结果表明:用相对分子量为2000的聚四氢呋喃合成的产物比用相对分子量为1000聚四氢呋喃所得聚氨酯脲产物的断裂伸长率高,但强度下降。随着硬段含量的增加,产物的硬度和强度均增加,而断裂伸长率下降。实验表明:异氰酸酯指数取为1.00~1.03较为合适。采用红外光谱方法对氢键化程度进行了表征,结果表明:随着硬段含量的增加,其脲羰基区氢键化程度增加。
用乙二胺为扩链剂制备聚氨酯脲工艺的研究,研究反应温度,终止剂用量,预聚体浓度对扩链反应的影响,确定合适的反应工艺条件。并且研究了硬段含量的增加对产物的力学性能的影响。
其次,采用不同相对分子量聚丙二醇部分替代聚四氢呋喃制备聚氨酯脲进行研究,结果表明:在替代比例相同时,PPG2000性能较差,而PPG4200与PPG4220性能较优。随着替代比例的提高,产物拉伸强度都有所下降,断裂伸长率增加,黏度大幅度下降。加入不同种类的短链二醇,调整混合聚醚平均相对分子量,结果表明:短链二醇能够提高强度,提高羰基氢键化程度,性能优良。