功能性聚氨酯弹性体制备及性能研究

论文摘要

聚氨酯弹性体由软、硬两种链段嵌段组成,可以对其进行分子设计而赋予材料强度高、韧性好、耐磨、耐油等优异性能,它既具有橡胶的高弹性又具有塑料的刚性,被称之为“耐磨橡胶”；此外聚氨酯弹性体可以采用多种加工方式,正是由于这些特性使得聚氨酯弹性体在工业、医疗卫生、生活用品等领域得到了广泛的应用。但聚氨酯材料易水解、阻燃性能差等缺点限制了其应用范围的扩大,新型改性技术通过引入功能性元素提高聚氨酯材料的综合性能,含氟聚氨酯弹性体（FPUEs）由于氟元素的引入,使弹性体具有优异的表面性能、化学稳定性等性能；含磷聚氨酯弹性体（PPUEs）则由于磷元素的引入使弹性体的阻燃性能提高。本文首先合成两种新型扩链剂：含氟二元胺扩链剂和含磷二元胺扩链剂,并以此制备了含功能性氟元素或磷元素的聚氨酯弹性体,并对弹性体的性能进行了研究。（1）由邻氯三氟甲苯和对硝基酚成功合成了一种新型的芳香族含氟二元胺：2-三氟甲基-4,4-二硝基二苯醚（TDAP）。通过FTIR、1HNMR、19FNMR对其结构进行了表征。结果表明：合成的二元胺在分子结构上与预期设定的TDAP的结构完全一致。（2）以TDAP作扩链剂,聚四甲基醚二醇（PTMEG）和甲苯二异氰酸酯（TDI）为原料合成了含氟聚氨酯弹性体。在合成过程中通过改变异氰酸酯指数,改变软段的分子量,调节聚氨酯的硬段与软段的组成比例,制备了一系列的含氟聚氨酯弹性体。FPUEs由于氟元素的引入,材料接触角变大,表面能降低,此外含氟聚氨酯的吸水率远低于MOCA扩链制备的PUE,体现了FPUEs较好的憎水性,并且随着氟含量的提高表面能下降及憎水性增强的趋势明显；TDAP扩链制备的含氟聚氨酯弹性体的热稳定性要高于MOCA扩链制得的PUE；FPUEs的阻燃性能随着硬段含量的增加而得到提高,FPUEs同时保持了较好的物理机械性能。（3）由苯基二氯磷酸酯一步法成功合成了一种新型的含磷二元胺：苯基二氨基磷酸酯（PDAP）。通过FTIR、’HNMR,31PNMR对其结构进行了表征。结果表明：合成的二元胺在分子结构上与预期设定的PDAP的结构完全一致。（4）以PDAP作扩链剂,TDI和聚酯二元醇为原料合成了含磷聚氨酯弹性体。在合成过程中通过改变聚酯二元醇的分子量,调节聚氨酯的硬段与软段的组成比例,制备了一系列的含磷聚氨酯弹性体。含磷聚氨酯弹性体PPUEs的起始降解温度相对MOCA扩链制备的PUEs降低,但弹性体的残炭量大幅提高,软段平均分子量为1213g/mol的PPUE-1（磷含量1.6%）的残炭率达到35%；PPUEs残炭的表面较为紧致。（5）通过热失重法研究了聚氨酯材料的热分解过程,并分别通过积分和微分处理方法计算了各种配方的聚氨酯弹性体的热分解过程的活化能,并对活化能进行了分析。PTMEG为软段的聚氨酯弹性体中,MOCA扩链制得的聚氨酯弹性体的DTG峰与TDAP扩链制得的含氟聚氨酯弹性体的DTG有区别；在聚酯为软段的聚氨酯材料中,材料的降解分为两个阶段,含磷聚氨酯弹性体第一阶段的热分解活化能低于MOCA扩链的聚氨酯PUE-1,但第二阶段的热解活化能高于PUE-1。图32；表15；文献58；

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 聚氨酯概述
• 1.2 聚氨酯起源及发展
• 1.3 聚氨酯弹性体概述
• 1.3.1 聚氨酯弹性体的分类
• 1.3.2 聚氨酯弹性体用的原料和配合剂
• 1.3.3 聚氨酯性能的影响因素
• 1.4 聚氨酯弹性体改性研究进展
• 1.4.1 有机硅改性聚氨酯弹性体
• 1.4.2 无机纳米粒子改性聚氨酯弹性体
• 1.4.3 氟化聚氨酯弹性体
• 1.4.4 含磷聚氨酯弹性体
• 1.5 本课题研究的内容与意义
• 第二章 含氟二元胺与聚氨酯弹性体的合成及性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 含氟扩链剂合成
• 2.2.3 含氟聚氨酯弹性体的合成
• 2.2.4 分析与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 TDAP的分析和表征
• 2.3.2 FPUEs红外光谱分析
• 2.3.3 FPUEs表面性能
• 2.3.4 FPUEs吸水率
• 2.3.5 FPUEs哥马克MCC-2微燃烧量热仪
• 2.3.6 FPUEs热失重分析
• 2.3.7 FPUEs力学性能测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 含磷二元胺及含磷聚氨酯弹性体的合成与性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 苯基二氨基磷酸酯（PDAP）合成
• 3.2.3 含磷聚氨酯弹性体的合成
• 3.2.4 分析与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 苯基二氨基磷酸酯的结构
• 3.3.2 含磷聚氨酯弹性体的结构表征
• 3.3.3 PPUEs的TGA分析
• 3.3.4 PPUEs残炭形貌分析
• 3.3.5 残炭FTIR
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚氨酯弹性体的热降解活化能的求解与分析
• 4.1 前言
• 4.2 理论基础
• 4.2.1 热分解动力学概述
• 4.2.2 热分析动力学理论基础
• 4.3 实验
• 4.4 实验结果结果与分析
• 4.4.1 以PTMEG为软段弹性体的实验曲线与数据
• 4.4.2 以聚酯二元醇为软段弹性体的实验曲线与数据
• 4.5 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及硕士期间发表论文