聚氨酯弹性体的功能化研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shazi009
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聚氨酯弹性体是一种嵌段共聚物,这种共聚物的结构主要由三部分构成即由多元醇、多异氰酸酯和扩链剂等原料反应制备而成,可以通过改变三部分的配比,使得聚合物具有可调的刚性和弹性性能。通过添加表面活性剂,使聚氨酯弹性体表面具有一定的疏水性,即制备的聚氨酯弹性体具有表面能较低和抗粘性能良好的性能,由于物品表面或多或少带有水份,特别是在煤矿、矿山中,需要运输的物料表面湿度更大,在作为溜槽材料、传送装置和防粘板使用时,可避免大量的物料特别是小颗粒物料粘附于装置表面,可以增大传送效率,在工人清除残留物料时,降低了的劳动强度,提高生产效率。同时可以起到防噪和减震的作用,降低企业运行的噪音污染。本文首先将混合聚醚与甲苯二异氰酸酯(TDI-100)合成预聚体,接着将低表面能、非极性的物质(例如含氟类化合物、硅烷类化合物、石墨等)均匀分散在预聚体中(用研磨机进行分散),然后用MOCA(3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷)进行扩链硫化,进而生成抗粘性聚醚型聚氨酯弹性。本文主要讨论了不同非极性、低表面能物质及其用量、聚醚多元醇相对分子质量和异氰酸酯基(-NCO)质量含量等对弹性体力学性能和表面性能的影响,寻找最佳的工艺条件,并对其进行结构和性能表征。实验结果表明:在聚氨酯弹性体中加入低表面物质可以有效的降低聚氨酯弹性体的表面张力,增加聚氨酯弹性体的表面疏水性能,特别是在加入碳氟助剂时,材料的表面抗粘效果最好;当碳氟助剂含量为0.6%,预聚体-NCO质量含量为6%,聚醚相对分子质量为1500,制备的聚氨酯弹性体力学性能良好,且具有良好的抗粘性,与水的接触角为105.4°,石墨用量为0.3%时最佳,与水的接触角为104.2°。红外光谱图分析可知,预聚体中-NCO在2279cm-1的强吸收峰消失,说明预聚体与MOCA反应生成了氨基甲酸酯基;弹性体耐热性分析表明,由于碳氟助剂本身碳氟键具有很好的热稳定性,加入适量的碳氟助剂,可以适当提高材料的耐热性能;动态力学分析说明,由于碳氟助剂本身极性比较低,导致碳氟链间的相互作用力比较弱,具有较低的摩擦系数,使得内摩擦力降低,可能起到了润滑的作用,加入适量的碳氟助剂,可以促进了分子链之间的相互运动,降低分子链间的摩擦力,可增强聚氨酯弹性体材料的抗粘和减震、降噪作用。由于制备的聚氨酯弹性体密度大、成本高,为降低成本、提高缓冲效果,在制备的聚氨酯弹性体时,加入适量的水,加上机械搅拌进去的泡,弹性体内部会出现很多气泡,这样就可以制备微孔聚氨酯弹性体。而改性后弹性体表面具有很好的疏水性且耐磨性等优良性能。在添加助剂GK-F01后具有优良疏水性且耐磨性性能基础上,通过半预聚体法,控制不同密度可以得到不同形貌且合适泡孔分布和一定的硬度的微孔聚氨酯弹性体,进一步具有减震、减少成本作用,可以作为缓冲材料运用例如鞋底等。当在物料中加入适量的磨料,制备的微孔聚氨酯弹性体可以用于打磨方向,增加材料的耐磨效果,延长使用寿命。本文首先将混合聚醚与甲苯二异氰酸酯(TDI-100)合成预聚体作为A组分。接着将N210、N220、BDO均匀混合,接着将计量好、融化好的MOCA分散在混合液中,搅拌均匀,最后把相应质量的水、辛酸亚锡加入上述混合液中,研磨搅拌均匀,作为B组分。称取一定量的B组分,然后加入相应质量的预聚体A组分,最后高速搅拌浇入模具中,放进100℃的烘箱中烘3-4h,接着把磨具放置至室温后脱模待用。本文主要讨论了材料的密度、预聚体的-NCO含量、软链段相对分子质量和加入填料的填料含量、BDO和MOCA比例及其发泡剂用量对微孔聚氨酯弹性体泡孔力学性能及泡孔的影响,并对其进行结构和性能表征。实验结果表明:当材料密度为0.9g/cm3、预聚体的-NCO含量为10%、软链段相对分子质量为1000时,制备的材料具有合适的泡孔分布,且可以满足工业操作时间;当填料含量为14%,BDO和MOCA 比例为3:7及发泡剂用量为0.6%时,制备的微孔聚氨酯弹性体泡孔力学性能较好,与工业样品接近;在环境温度低于50℃时,材料具有良好的抗形变能力和抗冲击强度;材料的起始分解温度约为200℃,在351℃时分解基本完成。此材料作为减震耐磨材料使用时,耐热性方面是安全可靠的。
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