聚脲弹性体的合成及其结构与性能关系的研究

论文摘要

聚脲弹性体是为适应环保需求而研制开发的一种新型绿色材料。聚脲弹性体集多种功能于一身,全面突破了传统环保型涂装技术的局限。聚脲弹性体优异的理化性能和良好的热稳定性使得其在美国、日本、西欧等发达国家的市场需求非常大。在中国,聚脲弹性体也开始得到了非常广泛的应用,在北京的奥运场馆和最近建设的京沪高铁上,就可以看到聚脲的影子。但聚脲在国内应用的同时,质量却跟不上国外的步伐,因此对聚脲性能的研究就显得尤为重要。本文通过用预聚物的方法,先将二异氰酸酯MDI与氨基聚醚进行预聚反应,再将预聚物进行扩链合成了聚脲弹性体材料。对预聚反应进行了研究,讨论了不同条件（反应温度和反应时间等）对产物组成的影响,确定了较佳的预聚反应条件来减少副反应的发生：反应温度10℃,反应时间60 min。论文通过红外光谱,核磁氢谱和X射线衍射对所合成的聚脲材料的特征基团和结构进行了表征。采用了核磁氢谱法对聚脲弹性体进行了定性和定量的分析,确定了不同种类的脲键氢在核磁氢谱中的化学位移,为此类聚脲的核磁分析奠定了基础。建立了一种以核磁氢谱来分析异氰酸酯基的方法,可用来跟踪氨基-异氰酸酯反应体系预聚反应的进行程度。本文重点研究了聚脲弹性体结构与性能之间的关系。论文采用不同种类的氨基聚醚作为软段合成了不同硬段含量的聚脲弹性体材料。研究发现,硬段含量和氨基聚醚对聚脲弹性体的力学性能和热性能都有很大的影响,微相分离与聚脲的拉伸强度密切相关,扩链剂形成的塑性微区更容易分散到软段相中,形成微相分离。由同一氨基聚醚合成的聚脲,随着硬段含量的升高,微相分离程度逐渐增大,聚脲材料的拉伸强度也增大,断裂伸长率降低,聚脲材料的Tg,s逐渐升高,聚脲材料的热分解速率明显下降。同一硬段含量的聚脲,用ED系列氨基聚醚合成的聚脲综合力学性能更好。同一系列氨基聚醚混合作为软段会产生协同增效,在氨基聚醚的摩尔比为5/5时材料的力学性能要好于以其他比例混合氨基聚醚和单氨基聚醚合成的聚脲材料,同时SRs值也出现最大。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 弹性体概述
• 1.2.1 弹性体的概念
• 1.2.2 弹性体分类简述
• 1.2.3 弹性体的应用
• 1.3 聚脲弹性体的概述
• 1.3.1 概念
• 1.3.2 聚脲弹性体的发展历程
• 1.3.3 聚脲弹性体的合成原理
• 1.3.4 聚脲弹性体的加工方法
• 1.4 聚脲弹性体的应用
• 1.4.1 化工防腐
• 1.4.2 交通工程
• 1.4.3 水利工程
• 1.4.4 建筑领域
• 1.4.5 其他领域
• 1.5 聚脲弹性体的研究进展
• 1.5.1 聚脲弹性体的合成与表征
• 1.5.2 聚脲弹性体的结构与性能
• 1.5.3 聚脲弹性体的其他性能
• 1.6 本文研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 原料的精制与分析
• 2.1.1 原料的除水
• 2.1.2 氨基聚醚氨值的分析
• 2.1.3 异氰酸酯纯度的分析
• 2.2 配方的设计
• 2.2.1 投料比
• 2.2.2 投料量的计算
• 2.2.3 配方中硬段含量的设定
• 2.3 聚脲弹性体的合成
• 2.3.1 预聚物的合成
• 2.3.2 预聚物异氰酸酯基含量的测定
• 2.3.3 预聚物的扩链及成膜
• 2.4 聚脲弹性体的结构表征与性能测试
• 2.4.1 红外表征
• 2.4.2 核磁表征
• 2.4.3 DSC测试
• 2.4.4 TGA测试
• 2.4.5 力学性能测试
• 2.4.6 XRD测试
• 3 聚脲的合成
• 3.1 聚脲的结构表征
• 3.1.1 红外光谱
• 3.1.2 XRD
• 3.1.3 核磁
• 3.2 预聚条件的确定
• 3.2.1 预聚温度的确定
• 3.2.2 预聚时间的确定
• 3.3 成膜方式的确定
• 3.3.1 热压成膜
• 3.3.2 流平成膜
• 3.3.3 模具成膜
• 3.4 本章小结
• 4 聚脲结构与性能的关系
• 4.1 硬段含量对聚脲性能的影响
• 4.1.1 力学性能和DSC分析
• 4.1.2 TGA分析
• 4.2 软段组成对聚脲性能的影响
• 4.2.1 不同氨基聚醚为软段对聚脲性能的影响
• 4.2.2 混合氨基聚醚为软段对聚脲性能的影响
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果