非异氰酸酯聚氨酯的制备与固化动力学

摘要

传统聚氨酯因具有优良的性能而受到）广泛的应用，但异氰酸酯作为合成传统PU材料的原料之一，在制备以及使用的过程中都存在着许多问题。本论文以不同种类的环氧树脂为基础，与CO2反应合成了不同类型的环碳酸酯(CC)，再让其与多元胺反应合成了非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)。研究了NIPU的固化动力学，并通过改变制备NIPU的原料配比合成了力学性能以及热力学性能都相对优异的材料。
　　主要研究内容如下:
　　1)以不同类型的多官能度环氧树脂以及无毒且资源丰富的CO2为原料合成了末端含有五元环碳酸酯基团的多元环碳酸酯(CC)。并且分别又以此单体为原料，与多元胺反应合成了NIPU。同时采用红外光谱(FI-IR)以及核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了合成产物的化学结构。
　　2)利用不同质量比的PEG400二缩水甘油醚(PEG400DGE)与双酚F型环氧树脂NPEF-170制备了混合环碳酸酯，并且研究了温度、压力、反应时间以及催化剂的用量与种类对环氧树脂转化率的影响。研究表明，当使用质量分数为0.5％的四丁基溴化铵(TBAB)，温度为120℃、二氧化碳压力为1.8MPa，反应7h后可以达81.5％的转化率。
　　3)利用非等温DSC的方法，研究了在不同的升温速率下，混合环碳酸酯与聚醚胺T403的固化反应动力学，并优化了固化工艺。研究结果表明，该体系的凝胶温度为373.25K，固化温度为448.70K，后固化温度为506.80K，固化时间为15min。
　　4)在相同的条件下，研究了不同配比的环碳酸酯对所制备的NIPU材料的力学性能以及热力学性能的影响。研究表明，当PEG型环碳酸酯(PEG-CC)与NPEF型环碳酸酯(NPEG-CC)的质量比为3∶7时所制备的NIPU材料的力学性能与热力学性能达到最佳状态。最大拉伸强度为7.58MPa，扯断伸长率为347％，定伸率强度为3.03％，玻璃化转变温度(Tg)为11.16℃。

目录

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 传统聚氨酯

1．1．1 聚氨酯分子结构与性能

1．1．2 传统聚氨酯行业面临的问题

1．2 非异氰酸酯聚氨酯

1．2．1 非异氰酸酯聚氨酯的提出

1．2．2 非异氰酸酯聚氨酯的合成机理

1．2．3 线性非异氰酸酯聚氨酯的合成

1．2．4 杂化非异氰酸酯聚氨酯(HNIPU)以及改性NIPU的合成

1．2．5 非异氰酸酯聚氨酯的应用领域

1．3 环碳酸酯化合物的合成方法

1．3．1 光气法和酯交换法

1．3．2 二氧化碳固定法

1．3．3 邻氯醇法

1．3．4 环碳酸酯合成的其它方法

1．4 本课题研究目的及意义

第二章 多官能度环碳酸酯的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及设备

2．2．2 环碳酸酯的合成

2．2．3 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 产物结构表征

2．3．2 反应条件对转化率的影响

2．4 本章小结

第三章 非等温DSC法研究非异氰酸酯聚氨酯的固化反应动力学

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料及设备

3．2．2 实验步骤

3．2．3 实验原理

3．3 结果与讨论

3．3．1 差热扫描量热分析

3．3．2 固化体系动力学参数的拟合

3．3．3 表观活化能与固化度的关系

3．3．4 固化条件的优化

3．4 本章小结

第四章 非异氰酸酯聚氨酯的制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料及设备

4．2．2 非异氰酸酯聚氨酯制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 NIPU的结构表征

4．3．2 原料配比对NIPU的性能的影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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