不同序列结构聚酯多元醇对热塑性聚氨酯弹性体性能的影响研究

论文摘要

为了考察聚酯多元醇序列结构对聚氨酯弹性体性能的影响,以己二酸（AA）、1,4-丁二醇（BDO）、乙二醇（EG）为原料合成并表征了三种序列结构的聚酯多元醇PAEB-R、PAEB-B、PAEB-A,又采用一步法分别与4,4-二苯基甲基二异氰酸酯（MDI）反应合成得到了固含量为30%、粘度为100,000 mpa.s的三种聚氨酯原液PU-PAEB-R、PU-PAEB-B、PU-PAEB-A,最后,采用开模浇注法制备得到了相应的聚氨酯弹性体薄膜。在合成聚酯多元醇PAEB-R、PAEB-B、PAEB-A过程中发现醇酸摩尔比例分别为1.18:1、1.4:1和1.08:1时所消耗的时间最短;75℃下粘度均可控制在1200±150mPa.s;红外光谱（FTIR）分析表明聚酯多元醇的特征官能团-OH、-COO-吸收峰未因不同的合成工艺而发生偏移;核磁共振（HNMR）分析表明氢化学位移也未因不同的合成工艺而发生偏移;差示扫描量热法（DSC）、广角X射线衍射（WAXS）分析表明所合成的聚酯多元醇PAEB-R、PAEB-B、PAEB-A具有不同的分子排布方式,聚酯多元醇PAEB-A规整性好于聚酯多元醇PAEB-B,而聚酯多元醇PAEB-R为无规整性。红外光谱（FTIR）对所合成的三种聚氨酯PU-PAEB-R、PU-PAEB-B、PU-PAEB-A结构分析证实均为-OH封端;其中,PU-PAEB-A中游离的异氰酸酯最少,表明序列结构较好的聚酯多元醇PAEB-A与MDI反应程度最高;结合核磁共振（1H NMR）结构分析结果进一步表明,软段为不同序列结构的聚氨酯带有（?）、（?）支链结构;扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）分析结果表明,软段为不同序列结构的聚氨酯都存在微相分离,其中聚氨酯PU-PAEB-R中的硬段较均匀的分布于软段相中,而聚氨酯PU-PAEB-A中的硬段为团聚的形式分布于软段相中,表明聚氨酯PU-PAEB-A微相分离程度低于聚氨酯PU-PAEB-R;聚氨酯弹性体的力学性能随着软段聚酯多元醇分子排布的变化而变化,软段结构规整性越好,其100%模量越高,但断裂伸长率相对较低。通过对聚酯多元醇分子链中酯羰基的特征吸收峰强度与其羟值之间规律研究,探寻出聚酯多元醇分子链中酯羰基的特征吸收峰强度（Y）与其羟值（X）成幂函数关系,并建立了曲线回归方程Y=22.76+5800.48X-1,从而确定了一种红外光谱法测定聚酯多元醇羟值的新方法。该方法可应用于聚酯多元醇合成过程中羟值的测定,对反应的程度以及产品质量等起到了监测的作用。以己二酸（AA）、乙二醇（EG）、间苯二甲酸-5-磺酸钠（SIPM）为原料,分别采用一步法、二步法制备了酸值<1mgKOH/g和羟值为37±3mgKOH/g的水可分散型聚酯多元醇。发现一步法制备水可分散聚酯多元醇,其原材料AA:EG:SIPM合适的摩尔比为1:3:1,两步法制备水可分散聚酯多元醇,其原材料AA:间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠乙二醇（SIPM与EG酯交换的产物）合适的摩尔比为1:1.5。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚氨酯合成的原材料
• 1.2.1 异氰酸酯
• 1.2.2 聚醚多元醇
• 1.2.3 聚酯多元醇
• 1.3 聚氨酯弹性体的制备
• 1.3.1 聚氨酯的合成机理
• 1.3.2 聚氨酯弹性体加工方法
• 1.3.3 聚氨酯合成的影响因素
• 1.4 聚氨酯弹性体的发展与现状
• 1.4.1 国外聚氨酯的发展及现状
• 1.4.2 我国聚氨酯的发展及现状
• 1.4.3 热塑性聚氨酯弹性体现状与进展
• 1.4.4 聚氨酯弹性体的发展趋势
• 1.5 本课题研究意义与目的
• 1.6 创新之处
• 参考文献
• 第2章 不同序列结构聚酯多元醇的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验主要原料及处理方法
• 2.3 不同序列结构聚酯多元醇的合成
• 2.3.1 聚酯多元醇PAEB-R的合成
• 2.3.2 聚酯多元醇PAEB-B的合成
• 2.3.3 聚酯多元醇PAEB-A的合成
• 2.4 聚酯多元醇的表征
• 2.4.1 酸值滴定
• 2.4.2 羟值滴定
• 2.4.3 75℃粘度测定
• 2.4.4 凝胶渗透色谱（GPC）
• 2.4.5 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 1H-NMR）'>2.4.6 核磁共振（¹H-NMR）
• 2.4.7 热重分析（TGA）
• 2.4.8 差热分析（DSC）
• 2.4.9 X-射线衍射（WAXS）
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 醇酸摩尔比对聚酯多元醇的影响
• 2.5.2 聚酯多元醇的性能参数
• 2.5.3 聚酯多元醇的GPC分析
• 2.5.4 聚酯多元醇的傅立叶红外光谱（FTIR）分析
• 1H NMR分析'>2.5.5 聚酯多元醇¹H NMR分析
• 2.5.6 聚酯多元醇的热行为
• 2.5.7 聚酯多元醇广角X射线衍射分析
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第3章 软段为不同序列结构聚酯多元醇的聚氨酯弹性体制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验主要原料及处理方法
• 3.3 聚氨酯弹性体的制备
• 3.3.1 聚氨酯弹性体的合成路线
• 3.3.2 聚氨酯弹性体的制备
• 3.4 聚氨酯的表征
• 3.4.1 25℃粘度测定
• 3.4.2 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 1H-NMR）'>3.4.3 核磁共振（¹H-NMR）
• 3.4.4 热重分析（TG）
• 3.4.5 差热分析（DSC）
• 3.4.6 X-射线衍射（WAXS）
• 3.4.7 扫描电镜（SEM）
• 3.4.8 原子力显微镜（AFM）
• 3.4.9 力学性能测试
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 聚氨酯的性能参数
• 3.5.2 聚氨酯的傅立叶红外光谱（FTIR）分析
• 1H NMR分析'>3.5.3 聚氨酯的¹H NMR分析
• 3.5.4 聚氨酯的热力学行为
• 3.5.5 聚氨酯的广角X射线衍射分析
• 3.5.6 聚氨酯弹性体的表面形貌分析
• 3.5.7 聚氨酯弹性体的原子力显微镜分析
• 3.5.8 聚氨酯弹性体的力学性能
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第4章 傅立叶红外光谱法定量测定聚酯多元醇的羟值
• 4.1 引言
• 4.2 实验主要原料及处理方法
• 4.3 傅里叶红外光谱法定量测定聚酯多元醇羟值方法的建立
• 4.3.1 聚酯多元醇的合成工艺
• 4.3.2 化学滴定法滴定聚酯多元醇羟值
• 4.3.3 红外光谱定量法测定聚酯多元醇酯羰基峰强度
• 4.3.4 工作曲线的建立
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 酰化法测定聚酯多元醇的羟值
• 4.4.2 红外光谱定量法测定聚酯多元醇酯羰基峰强度
• 4.4.3 傅里叶红外光谱法定量测定聚酯多元醇羟值方法的建立
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第5章 水可分散型磺化聚酯多元醇的合成
• 5.1 引言
• 5.2 实验主要原料及处理方法
• 5.3 合成路线
• 5.3.1 一步法水可分散型磺化聚酯多元醇
• 5.3.2 二步法水可分散型磺化聚酯多元醇
• 5.4 合成工艺步骤
• 5.4.1 一步法
• 5.4.2 二步法
• 5.5 水可分散型聚酯多元醇的表征
• 5.5.1 酸值滴定
• 5.5.2 羟值滴定
• 5.5.3 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 5.6 结果与讨论
• 5.6.1 酸值与羟值的控制
• 5.6.2 水可分散型聚酯多元醇的傅立叶红外光谱（FTIR）分析
• 5.7 小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果