硅烷化聚氨酯的制备、结构与性能及其应用研究

摘要

硅烷化聚氨酯是将聚氨酯的异氰酸酯湿气固化转变为硅烷的烷氧基水解、交联固化机理、以Si-O-Si键为交联点的交联结构代替了聚氨酯的氨基甲酸酯和脲键的交联结构，因而具有聚氨酯和有机硅两种材料的综合性能。本文首先采用聚氨酯预聚体法合成端异氰酸酯基聚氨酯中间产物，然后用该中间产物与功能性硅烷进行封端反应，制备硅烷化聚氨酯聚合物。 本文讨论了反应温度、反应时间、n(NCO)：n(OH)值及硅烷封端剂对硅烷化聚氨酯的合成反应盼影响。运用FTIR定性与定量分析、GPC、DSC等方法进行分析，结果表明：硅烷封端异氰酸酯的封端率高达99.997％；硅烷化聚氨酯的相对分子量比相应的聚氨酯及聚醚二元醇的都要大，分子量分布也较宽；在室温下，硅烷化聚氨酯吸收湿气即可固化，且其固化时不产生气泡，消黏时间比PU的短，固化物疏水性能比聚氨酯的高；采用不同的聚醚二元醇、异氰酸酯种类、n(NCO)：n(OH)值以及封端剂，能够得到性能不同的硅烷化聚氨酯。 以自制的硅烷化聚氨酯为主要原料，配合补强填料、增量填料、固化促进剂等配制了密封胶，所得密封胶的主要力学性能为拉伸强度2.2MPa、100％模量0.95MPa、邵A硬度47、断裂伸长率223％。密封胶样品在125℃下放置5h后，其拉伸强度与断裂伸长率保持率分别为73.4％和68.2％；硅烷化聚氨酯密封胶具有较好的耐水、耐93＃汽油、耐SAE5w.40号机油等介质性能；对玻璃、铝材粘接拉伸强度比聚氨酯密封胶、硅酮密封胶高，界面破坏形式多为内聚破坏，基本具备了高性能密封胶的特性。 碳酸钙、滑石粉、气相白炭黑在硅烷化聚氨酯密封胶中分散较好，对硅烷化聚氨酯密封胶起到了一定的补强作用，采用T1：T3=15：45(总用量为60phr)以及60phrT1+10phrT6的填料复配，比采用单一填料制得的硅烷化聚氨酯密封胶断裂伸长率高，强度和硬度适中；密封胶Tg为-56℃，具有弹性材料的高弹性低模量的典型特征。在密封胶常用的氯化石蜡-52、白油和液体石蜡三种增塑剂中，硅烷化聚氨酯预聚体固化物在三者中浸泡一周后的质量变化率分别为50％、15％、3.8％；当用量为20phr情况下，氯化石蜡-52、白油、液体石蜡分别使体系Tg值向低温方向移动1 5℃、9.2℃、6.1℃。由此可见，三者中以氯化石蜡-52与硅烷化聚氨酯相容性及增塑效率最好，液体石蜡次之，白油较差。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1硅烷化聚氨酯的发展概况

1.2硅烷化聚氨酯的合成

1.2.1反应原理与历程

1.2.2副反应与影响反应速度的因素

1.3硅烷化聚氨酯的特性

1.3.1可以按照最终产品应用的性能要求进行分子设计

1.3.2粘接强度高、基材适用面广

1.3.3对环境友好、良好的耐候性与耐介质性能

1.4硅烷化聚氨酯在密封胶中的应用

1.5硅烷化聚氨酯的研究现状与发展前景

1.5.1硅烷化聚氨酯的研究现状

1.5.2硅烷化聚氨酯的发展前景

1.6本论文主要研究内容和创新之处

1.6.1本论文主要研究内容

1.6.2本论文创新之处

第二章硅烷化聚氨酯预聚体的合成、表征及性能

2.1实验部分

2.1.1主要原材料及处理

2.2.2实验方法

2.2测试与表征

2.2.1PU预聚体中-NCO％质量百分含量

2.2.2固化物力学性能测试

2.2.3 FTIR表征

2.2.4 GPC分析

2.2.5 DSC分析

2.3结果与讨论

2.3.1合成工艺对反应的影响

2.3.2预聚体的FTIR分析

2.3.3预聚体GPC分析

2.3.4硅烷化聚氨酯预聚体固化物指干时间

2.3.5硅烷化聚氨酯预聚体固化物力学性能

2.3.6水在硅烷化聚氨酯预聚体固化物表面的接触角

2.3.7硅烷化聚氨酯预聚体固化物DSC分析

2.4本章小结

第三章硅烷化聚氨酯密封胶的制备与性能

3.1实验部分

3.1.1主要原材料及处理

3.1.2硅烷化聚氨酯密封胶的配制

3.2测试与表征

3.2.1硅烷化聚氨酯密封胶力学性能

3.2.2硅烷化聚氨酯密封胶耐介质性能

3.2.3硅烷化聚氨酯密封胶耐热性能

3.2.4硅烷化聚氨酯密封胶粘接性能

3.2.5 SEM表征

3.2.6 DMA分析

3.3结果与讨论

3.3.1基础聚合物对硅烷化聚氨酯密封胶性能的影响

3.3.2增塑剂对硅烷化聚氨酯密封胶性能的影响

3.3.3填料对硅烷化聚氨酯密封胶性能的影响

3.3.4硅烷化聚氨酯密封胶动态力学性能

3.3.5硅烷化聚氨酯密封胶微观形貌

3.3.6硅烷化聚氨酯密封胶耐介质性能

3.3.7硅烷化聚氨酯密封胶耐热性能

3.3.8硅烷化聚氨酯密封胶对玻璃、铝的粘接性

3.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见