高性能非异氰酸酯热塑性聚氨酯弹性体制备及其性能研究

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本论文通过调节非异氰酸酯热塑性聚氨酯(NI-TPU)的硬链段和软链段结构,得到了性能更优异的非异氰酸酯热塑性聚氨酯弹性体(NI-TPUE)。软段和硬段的性质及比例是根据弹性体的用途来选择的。选择时考虑软链段的柔顺性和结晶倾向,硬链段的刚性和体积大小,软链段和硬链段的比例,以及主干链中各种基团的性质对分子间相互作用和产品物性的影响。具体工作如下:1.碳酸乙烯酯的合成:尿素醇解法是合成碳酸乙烯酯的一种新型方法。利用高纯度尿素和乙二醇反应,调节催化剂种类,进行反应条件优化,找到最佳合成条件,所得固体经重结晶后得到无色透明晶体,并通过红外表征、气相色谱测定。2.利用碳酸乙烯酯(EC)与己二胺(HDA)开环反应制备的己二氨酯二醇单体(BHHDU),将其作为硬段;聚乙二醇(PEG,Mn=1000)与聚己二酸丁二醇酯(PBA,Mn=1000)作为双软段,通过熔融缩聚氨酯交换反应,制备出结晶性较好的非异氰酸酯热塑性聚氨酯弹性NI-TPUE,并对其进行表征。GPC测试表明聚合物是由共聚而非机械共混形成,其Mn在15400-22000g/mol之间,红外、核磁图谱显示合成了目标产物;XRD测试表征聚合物的结晶性能;热性能通过DSC测试结果表明Tm可达143.7℃,TGA显示其初始分解温度259℃;AFM形貌表征显示明显的相分离及链段聚集形成的微区结构;力学性能通过拉伸测试表征其拉伸强度达到44.75 MPa,断裂伸长率为1142%,定长200%时的弹性回复率为87%。3.由于聚乙二醇极性较低,容易与硬段发生微相分离,因此采用极性较强的聚四氢呋喃(PTMG,Mn=1000)与聚己二酸丁二醇酯(PBA,Mn=1000)作为双软段,将己二氨酯二醇单体(BHHDU)作为硬段,加入适量催化剂,熔融反应,得到目标产物。Mn相差较小,在15800-21100g/mol,可通过红外图谱中特征吸收峰的强度计算理论相分离程度,XRD表征显示聚合物具有良好的结晶性,熔点在86-159℃之间,范围较宽,初始分解温度高于248.8℃,高于熔点,易于加工。AFM图像表征硬段聚集会形成密度、尺寸不同的微区结构,从而对其力学性能产生影响。具有优异的力学性能,拉伸强度为24.5-54.5 MPa,断裂伸长率为713-1090%,定长200%时的弹性回复率大于85%。可根据不同的用途选择不同性能的弹性体。
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