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聚氨酯是一种重要的合成材料,具有机械强度高、抗冲击性能好、耐磨耗、耐化学腐蚀、硬度变化范围广等特点,被广泛应用于社会各行各业。然而,合成传统聚氨酯的原料异氰酸酯及制备异氰酸酯的原料——光气都是对环境和人体健康有害的高毒性物质,在聚氨酯的生产和使用中都会对人体和环境造成极大的危害。因此,研究出一种不使用异氰酸酯为原料的工艺方法制备聚氨酯引起了国内外众多专家学者的研究兴趣。
本研究以环氧树脂、二氧化碳、异佛尔酮二胺、聚乙二醇和环氧氯丙烷为原料,分别制备出非异氰酸酯聚氨酯预聚体和端环氧基聚醚,并以端环氧基聚醚为扩链剂对非异氰酸酯聚氨酯预聚体进行扩链,来得到力学性能优异的非异氰酸酯聚氨酯(NIPU),采用红外光谱(FT-IR)、分子量分析仪等对各合成产物进行表征,并系统研究了各工艺条件对各合成产物产率的影响,使用万能式样拉伸机对非异氰酸酯聚氨酯样品进行力学性能测试。
实验首先在催化剂四丁基溴化铵(TBAB)的作用下,使环氧树脂618与CO2发生加成反应得到环碳酸酯,通过红外光谱(FT-IR)、分子量分析仪等仪器对环碳酸酯的结构进行表征,研究催化剂用量、反应压力、反应温度和反应时间等工艺条件对反应转化率的影响,研究表明:在TBAB用量4%,反应温度125℃、压力0.8MPa反应条件下,反应9h后可以得到反应转化率为96.7%的环碳酸酯。
在二月桂酸二丁基锡、四氯化锡、TBAB三种催化剂的分别作用下,使聚乙二醇与环氧氯丙烷在碱液中反应得到端环氧基聚醚,通过红外光谱(FT-IR)、分子量分析仪、元素分析仪等仪器对端环氧基聚醚的结构进行表征,研究催化剂类型及用量、反应温度、反应时间、物料比等工艺条件对反应产率的影响,研究表明:在催化剂二月桂酸二丁基锡用量1.5%,聚乙二醇400与环氧氯丙烷物料比1:2,反应温度60℃条件下,反应3h后可得到产率为71%的端环氧基聚醚产品。
将环碳酸酯和异佛尔酮二胺按照不同摩尔比混合,在80℃条件下反应得到多种聚合度不同的刚性NIPU预聚体,用柔性的端环氧基聚醚400对NIPU预聚体进行扩链以提高其力学性能,采用红外光谱(FT-IR)、胺值测定、粘度测定等分析方法对NIPU预聚体的聚合度进行测定和分析,使用万能式样拉伸机对扩链后的NIPU样品进行力学性能测试,结果表明得到了一种力学性能优异的非异氰酸酯聚氨酯材料。