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聚氨酯具有优异的物理性质,被广泛用于诸多领域,近年来关于聚氨酯改性的研究受到极大关注,超支化聚合物作为线性聚合物的改性剂是一个新兴起来的研究方向,但是关于超支化聚合物改性聚氨酯的研究还鲜有报道,因此对其的研究有重要的意义。
本文首先采用A2+B3法,用甲苯-2,4二异氰酸酯(TDI)和三羟甲基丙烷(TMP)为单体,通过“准一步”法合成3-5代端羟基超支化聚氨酯,FT-IR,DSC,XRD测试结果表明TDI中的异氰酸酯基(-NCO)反应完全,得到的超支化聚氨酯结晶性差,第3代到第5代HBPU晶格的层间距分别为0.41nm,0.46nm,0.475nm,随着超支化聚氨酯代数的增加,其玻璃化温度逐渐降低;利用相同的方法合成3-5代乙二醇,1,6-己二醇和HTPB封端改性的超支化聚氨酯,采用FT-IR, DSC对其进行表征,测试结果表明反应生成了以上三种改性超支化聚氨酯,3-5代乙二醇,1,6-己二醇和HTPB改性超支化聚氨酯的玻璃化温度分别为55.900C、51.91℃、49.94℃,40.80℃、46.77℃、41.66℃和28.25℃、17.53℃、15.6℃,较未改性超支化聚氨酯均有一定的降低,三种改性超支化聚氨酯的玻璃化温度大小顺序为乙二醇改性HBPU>1,6-己二醇改性HBPU>HTPB改性HBPU。
其次,采用溶液共混法制备了不同代数,不同改性的超支化聚氨酯与线性聚氨酯的共混物。结果表明各种共混物均为韧性断裂。乙二醇改性HBPU含量的增加,共混物的拉伸强度和断裂伸长率都是先增大后降低。总体来说,随着乙二醇改性HBPU代数的增大,共混物的拉伸强度和断裂伸长率逐渐减小,其中3代乙二醇改性HBPU为15%时,力学性能最好,拉伸强度和断裂伸长率达到14.56MPa和1016%,分别为纯PU的2倍和1.86倍。随着1,6-己二醇改性HBPU含量的增加,共混物的拉伸强度和断裂伸长率都是先增大后降低。随着1,6-己二醇改性HBPU代数的增大,共混物的力学性能逐渐提高,在1,6-己二醇改性超支化聚氨酯代数为5,含量为15%时达到最大值,拉伸强度为纯PU的2.02倍,达到14.72 MPa。在1,6己二醇改性HBPU代数为4,含量为15%时达到最大值,伸长率为纯PU的2.16倍,达到1179%。3~5代HTPB改性HBPU基本上都是随着含量的增加,力学性能反而变差,甚至要低于纯PU,3~5代HTPB改性HBPU的含量都在5%时拉伸强度达到最大值,其中3代HTPB改性HBPU的含量为5%时拉伸强度最好,为纯PU的1.53倍,达到11.11MPa。5代HTPB改性超支化聚氨酯的含量为5%时伸长率最好,为纯PU的1.52倍,达到829.5%。
最后,对力学性能较好的三种改性HBPU/PU共混物(15%E3/PU,15%1,6-H5/PU和5%H3/PU)的动态力学测试结果显示这三种共混物均只有一个玻璃化温度表明其有较好的相容性,三种共混物玻璃化温度大小顺序与三种改性HBPU玻璃化温度的大小顺序是一致的。SEM测试也证明三种共混物的相容性。热失重结果显示乙二醇改性HBPU/PU和1,6-己二醇改性HBPU/PU的热稳定性基本没有降低。