聚氨酯铺地材料的合成与研究

论文摘要

聚氨酯铺地材料种类繁多,用途广泛,聚氨酯塑胶跑道就是它最常见的一种应用。跑道材料的合成是以异氰酸酯的化学反应为基础的。合成过程中最基本的原料就是多异氰酸酯和多元醇,其主要合成方式是利用聚醚多元醇与多异氰酸酯的反应。用作塑胶场地的聚氨酯铺地材料,常用的工艺是预先配制甲乙两个组分。甲组分是预聚体组分,预聚体简单来说就是多异氰酸酯和多元醇控制一定比例反应而得的可反应性半成品,本实验的预聚体端基采用-NCO基团封端。乙组分主要包括三元醇、填料、各种助剂等。然后在施工场地将两者混合倾倒在场地上,便会交联固化生成聚氨酯成品塑胶。本论文主要研究聚氨酯铺地材料的配方设计以及改进。主要包括以下三个方面的实验：1.只添加TDI的传统双组份固化体系。在甲组分预聚体的合成中,原料采用聚醚二元醇与甲苯2,4二异氰酸酯,二者通过反应合成预聚体甲组分,然后与乙组分充分混合交联固化。本实验采用旋转粘度计测定预聚体的粘度,二正丁胺滴定法滴定预聚体的NCO值,观察甲乙组分混合之后的制品的固化时间,使用万能试验机测量固化成品的拉伸强度及断裂伸长率等方式研究各组分的用量和比例对制品性能的影响。2.预聚体中含TDI和MDI的改进双组份固化体系。该体系预聚体的合成中除了使用TDI参与反应之外还使用MDI作为游离NCO基团的原料。理论上由于MDI相对于TDI挥发性和毒性都要小得多,因此该体系相比只添加TDI的传统体系更具环保性。本实验除了对预聚体粘度、NCO值、固化时间、制品力学性能进行测定外,还使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征了TDI,MDI和预聚物的官能团。3.湿气固化型体系。该体系不添加固化交联剂,而是通过组分中的NCO基团与空气和基材中的水分反应交联固化的。相比传统的双组份固化体系有污染小,操作简单,贮存时间长等优点。组分采用高速分散法将多元醇、填料、分散剂、溶剂等充分分散形成,调整组分粘度,使其具有较好的流动性以便充分混合。分析填料、多元醇的种类和用量对制品力学性能的影响。该体系下合成得到的制品拉伸强度达到2MPa,断裂伸长率达到350%以上,完全符合国家标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚氨酯简介
• 1.2 聚氨酯合成化学原理
• 1.3 异氰酸酯的简介及应用
• 1.3.1 异氰酸酯的简介与合成
• 1.3.2 TDI介绍
• 1.3.3 MDI简介
• 1.4 聚醚多元醇简介与应用
• 1.5 目前铺地材料的研究现状和课题的提出
• 1.5.1 聚氨酯塑胶跑道在体育田径赛场中的应用及进展
• 1.5.2 聚氨酯塑胶跑道的生产工艺
• 1.5.3 聚氨酯铺地材料的研究现状
• 1.5.4 课题的目的与意义及研究内容
• 第2章 双组份TDI与MOCA固化体系研究
• 2.1 合成简介
• 2.2 实验原料与原料分析
• 2.2.2 异氰酸酯的分析
• 2.3 主要仪器设备及分析方法
• 2.4 实验过程
• 2.5 配方设计及性能研究
• 2.5.1 不同-NCO值下预聚体粘度的比较
• 2.5.2 NCO/OH比对预聚体性能的影响
• 2.5.3 不同-NCO值的预聚体与乙组分混合后体系的粘度变化
• 2.5.4 预聚体使用不同量甲苯稀释对粘度的影响
• 2.5.5 甲乙组分混合体系中二元醇与三元醇比例对固化速度的影响
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 -NCO值对预聚体粘度的影响比较
• 2.6.2 NCO/OH比对预聚体性能的影响
• 2.6.3 不同-NCO值的预聚体与乙组分混合后体系的粘度变化分析
• 2.6.4 预聚体使用不同量甲苯稀释对粘度的影响分析
• 2.6.5 甲乙组分混合体系中二元醇与三元醇比例对固化速度的影响分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 TDI与MDI体系的制备与表征
• 3.1 合成简介
• 3.2 原料准备
• 3.3 主要仪器设备和测试方法
• 3.4 实验过程
• 3.5 配方设计及性能研究
• 3.5.1 不同反应温度对预聚体反应终点的影响研究
• 3.5.2 TDI与MDI比率对预聚体粘度的影响
• 3.5.3 同时使用N220和N240不同配比对预聚体-NCO值的影响研究
• 3.5.4 聚醚二元醇与聚醚三元醇的比例对样品物理性能影响
• 3.5.5 不同催化剂下MOCA体系的固化效果研究
• 3.5.6 预聚体的红外光谱分析
• 3.6 实验结果与讨论
• 3.6.1 不同反应温度对预聚体反应终点的影响
• 3.6.2 TDI与MDI比率对预聚体粘度的影响
• 3.6.3 同时使用N220和N240时其不同配比对预聚体-NCO值的影响
• 3.6.4 聚醚二元醇与聚醚三元醇的比例对成品物理性能影响
• 3.6.5 不同催化剂下MOCA体系的固化效果
• 3.6.6 聚氨酯成品与二异氰酸酯的红外光谱图
• 3.7 本章小结
• 第4章 湿气固化型铺地材料的制备与性能研究
• 4.1 反应原料
• 4.2 主要仪器设备和分析方法
• 4.3 实验过程
• 4.4 配方设计与性能研究
• 4.4.1 填料的用量对组分粘度的影响
• 4.4.2 有机膨润土用量对组分体系粘度的影响
• 4.4.3 有机膨润土用量对制品性能的影响
• 4.4.4 组分中多元醇的添加对粘度及制品性能的影响
• 4.4.5 填料用量对制品性能的影响
• 4.5 实验结果和讨论
• 4.5.1 填料的用量对组分粘度的影响
• 4.5.2 有机膨润土用量对组分体系粘度的影响
• 4.5.3 有机膨润土用量对制品性能的影响
• 4.5.4 组分中多元醇的添加对粘度及制品性能的影响
• 4.5.5 填料用量对制品性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢