聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）弹性体的合成、结构与性能

论文摘要

本论文对聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂的合成及聚氨酯/聚酰亚胺PUI弹性体复合材料的制备及其性能进行了深入的研究,论文主要包括以下3部分内容:第一部分通过控制反应温度、反应时间、物料配比等条件,探讨在本体情况（或低沸点的溶剂中）下制备出聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂的可能性。通过尝试各种反应溶剂和改变反应条件,最终确定可以在酮类试剂中实现NCO封端的聚氨酯预聚体（PUP）与马来酸酐的反应,并用红外光谱进行了分析。最后,分别以聚四氢呋喃二醇（PTHF）和端羟基聚丁二烯-丙烯腈（HTBN）为二醇原料,在低沸点的溶剂丙酮中制备出了两种聚氨酯修饰的双马来酰亚胺树脂:UBMI-PTHF和UBMI-HTBN。第二部分采用热失重TG和差示扫描量热法DSC分析讨论了影响聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂耐热性能的各种因素和UBMI中双键的自聚特性,进一步讨论了UBMI-PTHF和UBMI-HTBN两种树脂的加工性能,为聚氨酯/聚酰亚胺PUI弹性体复合材料的制备工艺提供指导。与传统聚氨酯相比,聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂具有更高的耐热性能。UBMI-HTBN的耐热性能高于UBMI-PTHF,而加工性能劣于UBMI-PTHF。第三部分将UBMI与聚氨酯预聚体（PUP）相混合,探讨并确定了在本体情况下制备聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）弹性体复合材料的工艺;进一步探讨了3,5-二甲硫基-2,4-二胺基甲苯（DMTDA）的用量、硫化剂2,5-二甲基-2,5-双（叔丁过氧基）己烷（B25）和甲苯二异氰酸酯（TDI）的规格对聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）复合材料性能的影响;最后,通过热失重（TG）分析、动态热机械（DMA）分析、拉伸测试、耐溶剂性和吸水性测试等分析测试手段对材料的性能进行了表征。分析测试表明聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）弹性体复合材料与纯聚氨酯（PU）材料相比,耐高温性能、高温动态力学性能、耐溶剂性能有了较大的提高,而常温力学性能略有降低。差示扫描量热法（DSC）表明聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）弹性体复合材料的微相分离程度有较大地降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 线型聚氨酯/聚酰亚胺（PUI）的合成方法
• 1.1.1 一步法
• 1.1.2 NCO 封端的PU 预聚体法
• 2-封端PU预聚体法'>1.1.3 NH₂-封端PU预聚体法
• 1.1.4 PI 预聚体法
• 1.1.5 NCO 基团封端解封法
• 1.1.6 Curtius 法
• 1.1.7 其它方法
• 1.2 聚氨酯酰亚胺网络的合成
• 1.2.1 由双马树脂的聚合和聚氨酯的交联反应形成互穿网络结构
• 1.2.2 BMI 与双键封端的PU 通过自由基聚合成网络结构
• 1.2.3 以低聚酰胺酸为扩链剂制备网络结构
• 1.2.4 热塑性PUI 与封端异氰酸酯进行交联
• 1.2.5 化学改性BMI 的交联
• 1.2.6 氰酸酯法
• 1.2.7 其它方法
• 1.3 PUI 的结构和性能
• 1.3.1 PUI 的微观结构
• 1.3.2 力学性能
• 1.3.3 动态力学性能
• 1.3.4 热性能
• 1.3.5 电性能
• 1.3.6 化学耐性及耐水性
• 1.4 本课题的研究意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及试剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 测试与表征
• 第三章 聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂的合成
• 3.1 引言
• 3.2 反应原理
• 3.3 UBMI 的合成
• 3.3.1 -NCO 封端的PU 预聚体（PUP）的制备
• 3.3.2 本体法合成路线1
• 3.3.3 本体法合成方案2
• 3.3.4 溶液法合成路线3：DMF 中合成
• 3.3.5 溶液法合成路线4：丁酮中合成
• 3.3.6 溶液法合成路线5：丙酮中合成
• 3.3.7 以端羟基聚丁二烯-丙烯腈（HTBN）为原料制备UBMI-HTBN
• 3.3.8 产物后处理
• 3.4 双马来酰亚胺树脂的最佳合成路线的分析和确定
• 3.4.1 本体法合成路线1
• 3.4.2 本体法合成方案2
• 3.4.3 溶液法合成路线3：DMF 中合成
• 3.4.4 溶液法合成路线4：丁酮中合成
• 3.4.5 溶液法合成路线5：丙酮中合成
• 3.4.6 以端羟基聚丁二烯-丙烯腈（HTBN）为原料制备UBMI-HTBN
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 聚氨酯修饰的双马来酰亚胺（UBMI）树脂的性能
• 4.1 引言
• 4.2 双马来酰亚胺杂环对UBMI 树脂耐热性能的影响
• 4.3 软段种类对UBMI 树脂耐热性能的影响
• 4.4 UBMI 树脂的聚合特性
• 4.4.1 树脂的均聚特性UBMI-PTHF
• 4.4.2 关于UBMI-PTHF 树脂均聚特性的解释
• 4.4.3 UBMI- HTBN 树脂的均聚特性
• 4.4.4 UBMI-PTHF 和 UBMI- HTBN 的均聚特性比较
• 4.5 UBMI-PTHF 树脂和UBMI- HTBN 树脂的加工性能比较
• 4.6 本章小节
• 参考文献
• 第五章 PUI 弹性体的制备与性能
• 5.1 引言
• 5.2 PUI 弹性体制备原理
• 5.2.1 UBMI-PTHF 和PUP-PTHF 混合预聚体浆料的制备原理
• 5.2.2 PUI 弹性体的制备原理
• 5.3 PUI 弹性体的制备
• 5.3.1 不同摩尔比例的UBMI-PTHF 和PUP-PTHF 混合预聚体的制备
• 5.3.2 不同摩尔比的PUI 弹性体（不使用825 硫化）的制备
• 5.3.3 不同摩尔比的PUI 弹性体（使用825 硫化）的制备
• 5.3.4 改变DMTDA 的含量制备不同组份的PUI 弹性体
• 5.3.5 改变TDI 的规格制备不同组份的PUI 弹性体
• 5.4 UBMI-PTHF 和PUP-PTHF 混合预聚体浆料的制备工艺分析
• 5.5 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的DSC 数据分析
• 5.6 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的力学性能分析
• 5.6.1 硫化剂 B25 的使用对 PUI 弹性体力学性能的影响
• 5.6.2 DMTDA 的用量对PUI 弹性体力学性能的影响
• 5.6.3 原料种类对PUI 弹性体力学性能的影响
• 5.6.4 UBMI-PTHF 含量对PUI 弹性体拉伸力学性能的影响
• 5.7 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的动态力学性能分析
• 5.8 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的耐热性能分析
• 5.9 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的耐溶剂性能分
• 5.10 聚氨酯/聚酰亚胺弹性体（PUI）的吸水性分析
• 5.11 结论
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文和完成的课题