端羟基环氧环己烷—四氢呋喃共聚醚合成及表征

论文摘要

聚醚多元醇是聚氨酯材料的一种主要原料，其制成的聚氨酯材料已经广泛应用于国民经济各个领域。聚醚多元醇的结构很大程度上影响聚氨酯材料的性能。环氧环己烷（CHO）是一种新的合成聚醚多醇的单体，结构中含有刚性六元环，相比直链烷烃，能赋予聚氨酯更好的力学性能，越来越被人们所重视，但其合成工艺还不完善，合成的聚醚结构和分子量还不能准确调控设计，限制了环氧环己烷合成聚醚多元醇的应用推广。本文主要研究了用阳离子开环聚合制备四氢呋喃（THF）与环氧环己烷共聚醚的合成方法。对环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚的合成方法进行了改进，以三氟化硼乙醚和水的混合物为催化剂，不再使用乙二醇（EG）为起始剂，采用环氧环己烷和四氢呋喃先混合，再和催化剂同步滴加的加料方式，能更好的控制共聚醚的链结构，并提高了反应产率。通过IR和1HNMR方法的鉴定，在催化剂三氟化硼乙醚和水的混合物作用下，环氧环己烷与四氢呋喃共聚得到了端羟基环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚，产品均为无色透明粘稠液体，产率达92%。考察了催化剂配比、催化剂用量、单体比例、乙二醇的用量对共聚反应的影响，找到了不同分子量共聚醚的合成方法，分子量可控制范围在1500-4000g/mol，并调整了工艺条件合成了特定分子量共聚醚，分子量的设计值与实际产物的相对误差最大为5.1%。用不同分子量的环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚（CHO-THF）和常规聚醚（PTMG、PPG）制备了聚氨酯样品，并测试了聚氨酯样品的力学性能。通过对比分析，不同分子量的CHO-THF共聚醚制备的聚氨酯材料的力学性能差异较大。随着共聚醚的分子量的加大，拉伸强度减小，断裂伸长率增大。CHO-THF的分子量从1423.9g/mol增加至3397.5g/mol，拉伸强度由40.6MPa降低为33.5MPa，断裂伸长率由306%增加至468%；此外相比PTMG、PPG，CHO-THF能有效改善PU样品的拉伸强度，而断裂伸长率却相差不大，由CHO-THF制备的PU材料力学性能优于常规聚醚，具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚氨酯
• 1.1.1 聚氨酯的结构及性能特点
• 1.1.2 低聚物链结构对聚氨酯材料性能的影响
• 1.1.3 低聚物的分子量对聚氨酯材料的性能的影响
• 1.2 聚醚多元醇
• 1.2.1 聚醚多元醇常见品种
• 1.2.2 国外聚醚多元醇生产状况
• 1.2.3 国内聚醚多元醇生产状况
• 1.2.4 聚醚多元醇的应用
• 1.3 环氧环己烷
• 1.3.1 环氧环己烷基本性质
• 1.3.2 环氧环己烷的合成方法
• 1.3.3 环氧环己烷的应用
• 1.4 环氧化合物的开环聚合
• 1.4.1 阳离子开环聚合
• 1.4.2 阴离子开环聚合
• 1.5 本课题的研究背景和意义
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.2 环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚的合成
• 2.2.1 环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚的聚合机理
• 2.2.2 环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚的合成条件选择
• 2.2.3 环氧环己烷-四氢呋喃共聚醚的合成工艺
• 2.2.4 新合成工艺步骤
• 2.3 共聚醚制备聚氨酯材料
• 2.3.1 聚氨酯材料制备的化学反应
• 2.3.2 聚氨酯样品的配方设计
• 2.3.3 聚氨酯材料的合成方法
• 2.3.4 共聚醚制备聚氨酯实验步骤
• 2.4 分析与测试方法
• 2.4.1 红外光谱表征
• 2.4.2 核磁共振氢谱
• 2.4.3 羟值测定方法
• 2.4.4 基团分析法测定共聚醚的数均分子量
• 2.4.5 共聚醚的合成的聚氨酯材料的力学性能的测试
• 第3章 结果分析与讨论
• 3.1 对环氧环己烷四氢呋喃共聚醚的合成工艺的研究
• 3.1.1 催化剂中三氟化硼乙醚与水的最佳摩尔配比的确定
• 3.1.2 催化剂的用量对共聚反应的影响
• 3.1.3 单体投料的摩尔比对共聚反应的影响
• 3.1.4 单体投料的摩尔比对共聚醚中单体单元链节比的影响
• 3.1.5 乙二醇用量对共聚反应的影响
• 3.1.6 特定分子量的共聚醚的合成工艺设计及结果
• 3.2 环氧环己烷 - 四氢呋喃共聚醚的结构表征
• 3.2.1 共聚醚红外光谱
• 3.2.2 共聚醚核磁共振氢谱
• 3.3 共聚醚合成的聚氨酯材料的力学性能的测试
• 结论
• 参考文献
• 致谢