基于异氰酸酯封闭反应的热塑性聚氨酯的制备及性能研究

摘要

热塑性聚氨酯(TPU)具有强度高、耐磨耗、性能可调及合成简单等特性，且有热塑性材料易于加工和成型工艺简单的优点，已经在许多领域都得到广泛的应用。其本身的线型分子链结构使TPU具有二次加工的性能，但它也存在一个明显的缺陷，力学性能和加工性能难以兼顾。TPU的加工温度通常在170℃～220℃，而氨基甲酸酯基团一般在200℃以上会发生分解，因此加工过程中TPU容易发生断链，造成分子量降低，使加工后聚合物的力学性能受到影响。在实际应用中，我们既希望TPU具有较好加工性能，又希望加工完成后能避免分子量降低引起力学性能变差。如何解决这个问题，是扩大热塑性聚氨酯材料应用范围的关键。
　　根据异氰酸酯低温封闭和高温解封闭的热可逆特性，在课题组研究的基础上，利用卤素取代的双酚类封闭剂作为扩链剂，制备出了一种热可逆热塑性聚氨酯，且热可逆温度低于普通氨基甲酸酯的断键温度。该TPU在高温下可以发生解封，降低链段长度，改善加工流动性和降低加工温度;回到室温下，解封的异氰酸酯和酚羟基又能再次发生反应，分子量增大，从而恢复一定的力学性能;此外，卤素的引入还使TPU具有一定的阻燃性能。论文的主要工作和结果如下:
　　(1)TCBPA、TBBPA以及BPA作为封闭剂，与MDI反应合成了三种不同的封闭模型化合物，利用FT-IR和DSC研究了封闭模型化合物的解封过程。FT-IR结果发现TCBPA封闭的模型化合物解封效率最高，解封程度最大;160℃下加热30min，解封程度可以达到66％。DSC结果显示其解封过程吸收的热量也最大，为18.54J/g。
　　(2)TCBPA为扩链剂，PTMG-1000为二元醇，MDI为二异氰酸酯，预聚和扩链反应合成了一种热塑性聚氨酯(PU-TCBPA)。利用FT-IR跟踪、DSC以及TGA研究了其解封行为，结果显示加热条件下，合成的热塑性聚氨酯也存在解封断链，不过解封程度低于TCBPA封闭MDI形成的模型化合物。利用PU-TCBPA的FT-IR数据进行了动力学分析，显示随着加热温度的升高，解封速率常数增大，解封活化能为35.2kJ/mol。另外，FT-IR和DSC结果显示PU-TCBPA初始解封温度分别在90℃和85℃左右。
　　(3)利用FT-IR、DSC以及GPC对PU-TCBPA的热可逆行为进行了研究。FT-IR结果发现热处理后的PU-TCBPA室温下能发生再封反应;循环加热和冷却下的解封和再封特性显示其具有热可逆行为。DSC和GPC结果也显示出了合成TPU的可逆行为。
　　(4)利用熔指仪、拉力机以及氧指数仪对PU-TCBPA的加工、力学以及阻燃性能进行了研究。熔指结果发现解封反应的存在可以降低加工温度，赋予热塑性聚氨酯很好的加工性能。拉伸测试显示可逆热处理后其力学强度能恢复到80％。氧指数测试得到数据为27.1，显示其具有很好的阻燃性能。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 异氰酸酯封闭／解封反应简介

1．2．1 异氰酸酯封闭和解封反应原理

1．2．2 常用的封闭剂

1．2．3 解封温度的研究方法

1．2．4 封闭／解封反应的研究现状

1．3 TPU化学

1．3．1 TPU合成原料

1．3．2 TPU合成反应

1．3．3 TPU应用中存在的缺陷

1．4 本文研究的目的与研究内容

第二章 不同封闭模型化合物的制备及解封行为研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 合成过程

2．3 分析测试

2．3．1 结构表征

2．3．2 解封行为研究

2．4 结果和讨论

2．4．1 TCBPA-MDI、TBBPA-MDI以及BPA-MDI的结构表征

2．4．2 TCBPA-MDI、TBBPA-MDI以及BPA-MDI的解封行为研究

2．5 本章小结

第三章 TCBPA扩链合成热塑性聚氨酯及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 合成过程

3．3 分析测试

3．3．1 结构表征

3．3．2 解封行为研究

3．3．3 热可逆行为研究

3．3．4 性能测试

3．4 结果和讨论

3．4．2 PU-TCBPA的解封行为研究

3．4．3 PU-TCBPA热可逆行为研究

3．4．4 PU-TCBPA性能研究

3．5 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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