聚氨酯弹性体制备改性.docVIP

聚氨酯弹性体概述 聚氨酯的分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子。它是由异氰酸脂单体和含活泼氢的化合物逐步聚合而成。由于聚氨酯分子结构中存在大量的极性键，以及分子间稳定的氢键，因此聚氨酯具有许多优异的性能，尤其是物理机械性能好，耐磨，附着能力强，优良的耐高温、低温性能，耐腐蚀性优良，电性能良好等等[1～3]。聚氨酯的用途十分广泛：可用于制造弹性纤维、弹性体、涂料、胶黏剂、软、硬泡沫塑料、人造革等等。随着科学技术地不断发展，聚氨酯弹性体的性能不断得到提升，新产品层出不穷，广泛应用在国防、航天、石油、医疗、体育、建材等领域，应用前景十分广阔。 聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶（PUR），它属于特种合成橡胶。传统上按聚氨酯弹性体加工特性的不同，把它分为浇注型（CPU）、热塑型（TPU）和混炼型（MPU）三大类。混炼型聚氨脂弹性体是采用聚醚多元醇和异氰酸酯反应制得的固体生胶状聚合物，利用传统橡胶加工机械和加工程序，进行塑炼混炼，用模具硫化成型。浇注型聚氨脂弹性体，它是采用聚醚多元醇和异氰酸脂、扩链剂等配合剂经两步或一步法合成的线型液态聚合物，它是液体状态浇注在模具中，加热、熟化使其转化成具有一定网状结构的橡胶状固体。热塑性聚氨脂弹性体，它是使用聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成线型的聚合物，然后经过加工成为颗粒状固体。 聚氨酯弹性体是弹性体比较特殊的一类，其原材料种类很多，配方多种多样，可调范围很大[]。聚氨酯弹性体硬度范围很宽，是介于橡胶与塑料之间一类特殊的高分子材料。 透明聚氨酯弹性体通常由低聚物多元醇、二异氰酸酯和醇类扩链剂反应合成，有出色的耐介质、耐环境性能,相容性好对多种基材粘接性强在机械、建筑、汽车制造、医药以及航空航天等领域得到了广泛的应用[]。透明聚氨酯弹性体的研究多集中于以4,4-二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1, 6 - 己二异氰酸酯(HDI)和异而酮二异氰酸酯(IPDI)等作为硬段的聚氨酯弹性体[]。环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)是典型的不变黄脂肪(环)族异氰酸酯, 因结构中含有六元环,其耐热性较普通脂肪族异氰酸酯有较大提高同时由于结构中不含苯环,耐环境性能优异。一步法合成的CPUR一般物性不佳，只有在聚合物多元醇类的羟基数＞2时，或多异氰酸酯的-NCO数＞2时，用一步法合成最合适，如软泡沫塑料和硬泡沫塑料等，都是采用一步法。聚合物多元醇及多异氰酸酯的羟基数都等于2的原料，最好采用预聚法来合成CPUR。 二步法（预聚体法），是浇注型PU弹性体（CPU）最传统的工艺，工艺成熟。由于经过预聚，分子链规整性好，制品力学强度高，也比较容易进行分子设计。 整个方法主要包含两个步骤。第一步，合成预聚体。二元羟基化合物与过量的二元异氰酸酯反应，生成两端皆为NCO基团的加成物。这种加成物称为预聚体。第二步，预聚体的扩链反应和交联反应。 二步法的工艺示意图如图1.1所示。 扩 剂 脱 泡 聚合物二元醇 预聚体 脱泡 充分混合 二异氰酸酯 入模具固化 脱模、后硫化 成品 机械加工 图1.1 预聚体工艺示意图 1.3.3 半预聚体法 半预聚体法预聚体法和一步法 醇转移到扩链体系中去，与扩链剂组成另一组分，这一点与预聚物法是相似的，另一组分则由扩链剂及补加聚合多元醇组成。唯一不同的是这种预聚物的游离异氰酸酯含量较高，一般为12% ～15% (质量分数)，是指在预聚物合成时-NCO/-OH远大于2，得到端异氰酸酯和异氰酸酯的混合物，游离的异氰酸酯在组分中相当于溶剂，降低了组分粘度，有利于计量和混合；游离的异氰酸酯数比一步法低得多，因此可以克服一步法的湿气敏感性，力学强度较好，涂装时的气味小，对环境的污染也小[]。因此常常采用半预聚体作为端异氰酸酯组分和适当的活泼氢组分配合使用就可以合成性能不同的聚氨酯产品 1.4聚氨酯弹性体的应用 由于聚氨酯弹性体的种类繁多、性能各异，因此它的应用领域非常的广阔。从世界范围来看，聚氨酯弹性体主要应用于汽车、建筑、矿山、开采、机械、铺装材、防水材、节能、轻工和航天等方面[11]。 在国防工业方面：如各种大炮的气密垫，符合装甲车的防弹板、导弹头保护罩等。在轻纺工业方面:聚氨酯弹性体在轻纺工业方面应用也很广。有纺丝胶辊、印染印刷胶辊、粮食加工胶辊、化纤切粒胶辊、纤维拉丝胶辊、纺织增速轮、人造革、坐垫和沙发垫、电冰箱的保温层、高档家具和轻工产品装饰的亮漆等。 在交通和铁道方面:聚氨酯弹性体用做汽车制件上的消耗量在国外占聚氨酯消耗量的首位，像汽车的保险杠、方向盘和仪表盘、汽车内的坐垫、靠垫等;用于交通铁路方面，还有实