热塑性聚氨酯弹性体性能的研究

保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在——年解密后适用本授
权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名：
删
日期： 日期：
ＩＩ
第一章绪论
第一章绪论
第１．１节聚氨酯概述
１．１．１聚氨酯简介
聚氨酯（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）是指在分子链中含有异氰酸酯基（－ＮＣＯ）或氨基甲酸酯 基团（－ＮＨＣ００．）的聚合物，是一种含软链段和硬链段的嵌段共聚物，软链段由聚合物多
ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ
ａｎｄ ２５％，ＳＰＵＳ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ
ｔｈｅ
Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｐｏｌｙｏｌｓ
ａｓ
ｓｏｆｔ
ｓｅｇｍｅｎｔｓ，Ｄｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉａｔｏｍｉｃ ａｌｃｏｈｏｌ
ａｓ
ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ（ＭＤＩ）ａｎｄ ｍｉｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，ＳＰＵＳ
Ｖ
北京化工大学硕上研究生论文
北京化工大学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立
进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。
北京化工大学硕士研究生论文
以聚合物多元醇为软段，４，４’．二苯基甲烷二异氰酸酯（ＭＤＩ）和不同小 分子的二元醇为硬段，采用预聚体法合成热塑性聚氨酯。本文讨论了异氰 酸酯指数、不同扩链剂、以及混合扩链剂的摩尔比对热塑性聚氨酯性能的 影响。结果表明当异氰酸酯指数为Ｏ．９９时，热塑性聚氨酯的综合性能最 佳；一缩二乙二醇和聚己二酸丁二醇酯为原料合成的ＴＰＵ具有最佳的力 学性能；双酚Ａ做扩链剂合成出来的ＴＰＵ具有优异的熔体流动性；当双 酚Ａ与一缩二乙二醇摩尔比为１／３时，聚醚型热塑性聚氨酯在保持一定力 学强度的同时又具有较好的熔体流动性。
ｈｏｔ ｍｅｌｔ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｂａｓｅｄ
ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ
ｏｎ
ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｈｉｇｈｅｒ ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ，ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｌｙｃｏｌ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｂａｓｅｄ
ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅ
ａｎｄ ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎ（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ Ａ）／ｎ（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃ０１）ｉｓ １／３
关键词：热塑性聚氨酯、扩链剂、端羟基聚苯乙烯、ＳＰＵＳ。
Ⅱ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＴＨＥ ＳＴＵＤＹ ＯＮ
ＴＨＥＲＭｏＰＬＡＳＴＩＣ ＰｏＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ ＥＬＡＳＴｏＭＥＲＳ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ｓｕｃｈ
ａｓ
ａｒｅ
ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ
作者签名：
日期：
关于论文使用授权的说明
学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。
ｍｉｎｉｎｇ，ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ，ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｂｅｃａｕｓｅ
ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅ ｍｅｌｔ
ｆｌｕｉｄｉｔｙ
ｉｓ
ａｌｓｏ
热塑性聚氨酯弹性体性能的研究
北京化工大学 硕士学位论文 热塑性聚氨酯弹性体性能的研究 姓名：李樾 申请学位级别：硕士 专业：材料科学与工程 指导教师：张军营 20100522
摘要
热塑性聚氨酯弹性体性能的研究
摘要
热塑性聚氨酯弹性体因其结构特性，具有强度高，弹性好，使用硬度 范围宽，力学性能优异，因此被广泛应用于煤矿、汽车、机械、纺织等的 各个领域。热塑性聚氨酯的熔体流动性对加工性能亦十分重要，只有兼顾 优良的力学性能和熔体流动性，热塑性聚氨酯才能有更广泛的应用。但是 在热塑性聚氨酯中，分子量、熔体流动性及力学强度是相互矛盾的，且在 ＴＰＵ合成过程中难以控制。 为了使热塑性聚氨酯弹性体在保持热塑性的同时又能提高力学强度， 将端羟基聚苯乙烯引入到聚氨酯体系中，用单端羟基聚苯乙烯与聚氨酯预 聚体反应合成一种聚苯乙烯／聚氨酯／聚苯乙烯体系的聚合物（ＳＰＵＳ），提 出了一种聚苯乙烯改性聚氨酯的新方法。并对ＳＰＵＳ的结构进行表征，包 括：ＦＴＩＲ、ＧＰＣ、ＤＭＡ、ＸＲＤ、ＴＥＭ等。ＴＥＭ的结果表明聚氨酯相能 和聚苯乙烯相产生较好的相分离；同时又研究了添加单端羟基聚苯乙烯对 ＳＰＵＳ力学性能的影响，结果表明与分子量相同的ＴＰＵ相比，ＳＰＵＳ既保 持了一定的熔体流动性，又能显著提高力学强度；对于不同分子量的端羟 基聚苯乙烯，随着聚苯乙烯含量的增加，可以显著的提高嵌段聚合物的拉 伸强度，但会使断裂伸长率下降。当端羟基聚苯乙烯分子量为１００００，合 成的ＳＰＵＳ中聚苯乙烯质量分数为２５％时，ＳＰＵＳ具有最佳的力学强度。
ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ
ｏｆ
ＴＰＵ＇ｈｙｄｒｏｘｙ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ
ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ａ
ｗａｓ
ｕｓｅｄ
ｔｏ
ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ
ｗｉｔｈ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ．
ｏｎ
ｓｅｒｉｅｓ
ｏｆ
ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ－ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ—ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＳＰＵＳ）ｂａｓｅｄ
北京化工大学硕士研究生论文
得到了很大的发展，广泛用于橡胶、弹性纤维、塑料、粘合剂、涂料等方面，是家具、
汽车、建筑及其它工业不可缺少的重要材料之一。
１．１．２聚氨酯化学
①异氰酸酯与醇类化合物的反应： 异氰酸酯与多元醇、聚醚、蓖麻油、聚酯等含活性氢的醇类化合物反应生成氨基
甲酸酯。反应式如下：
Ｒ—Ｎ：Ｃ《并Ｒ’０Ｈ— Ｒ—Ｎ＝Ｃ＝Ｏ— 刚篁ｒＨ 一Ｒ州隆Ｐｏ ｌ ｌ
元醇（通常是聚醚二元醇或聚酣１１－－元醇）组成，硬链段由多异氰酸酯或其与小分子
的扩链剂组成。聚氨酯的最广泛用途之～是作为胶黏剂使用，聚氨酯胶粘剂（ＰＵ）主 要主要有两大类：多异氰酸酯类和聚氨酯类，由于异氰酸酯基和氨酯基的极性、化学 活泼性很强，因此它能够粘接包括多孔材料（泡沫塑料、皮革等）和表面光洁的材料 （玻璃、金属等）在内的许多材料。而聚氨酯与被粘合材料之间产生的氢键作用会使 分子内聚力增强，从而使粘接更加牢固。 聚氨酯是新一代人工合成高分子材料。作为新型材料，它的力学性能、物理性能、 化学性能十分特殊。聚氨酯材料应用范围非常广，在人工合成高分子材料中是绝无仅 有的。聚氨酯能够代替很多传统的材料，如金属、涂料、橡胶、塑料、木材、保温材 料等。聚氨酯替代天然橡胶时，它具有优于橡胶的特性如耐老化、防滑、防油、高硬 度下弹性好等。现在，聚氨酯鞋底替代传统橡塑鞋底的趋势十分明显。聚氨酯的翻新 轮胎比新的橡胶轮胎更加耐用。聚氨酯也可以用于汽车行业，内装饰件、在方向盘、 仪表板、保险杆等使用广泛，最多可达整车质量的２０％。聚氨酯用作计算机机箱既能 防静电，又耐磨。聚氨酯家具替代传统塑料和木材家具，经久耐用，外观效果也较为 理想。聚氨酯复合材料替代资源匮乏的天然木材也十分理想。近年来，聚氨酯在建材 领域中的应用十分活跃。聚氨酯“人工木材＂可锯、可刨。所以它作为装饰线条、顶 花、贴脚线条等家庭装饰材料，使用效果非常好。它和天然木材线条、石膏线条相比 具有很好的市场竞争力。 在聚氨酯工业发展过程中，聚氨酯弹性体的发展占据着非常重要的地位。聚氨酯 弹性体（ＰＵＥ）是聚氨酯材料的一种，也叫聚氨酯橡胶。它既具有塑料的高强度，又 具有橡胶的高弹性，除此之外，聚氨酯弹性体还具有硬度范围广、耐磨、耐油等优异 的性能。由于其性能独特、产品形态多样化、成型工艺简便，已引起人们的极大关注，
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ａｎｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ＳＰＵＳ ｗｅｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＴＥＭ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ＰＵ
ＦＴＩＲ，ＧＰＣ，ＤＭＡ，ＸＲＤ，ＴＥＭ．Ｔｈｅ
ｍ
北京化工大学硕：ｔ研究生论文
ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｗｉｔｈ ＰＳ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ
ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ
ｈｙｄｒｏｘｙ—ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｂｙ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｙ
ａｎｄ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ
ａ
ｗｅｒｅ
ｐｒｅｐａｒｅｄ
ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ａｄｖａｎｃｅｓ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ．Ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｎｅｗ ｗａｙ ｔｏ
ｍｏｄｉｆｙ
ｍｅｌｔ
ｆｌｕｉｄｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ａｒｅ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｗｅｉｇｈｔ，ｍｅｌｔ
ｆｌｕｉｄｉｔｙ
ａｎｄ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｍｏｓｔｌｙ
ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｏｒｙ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ．
Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｗｈｉｌｅ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ
ｔｈｅ
ＳＰＵＳ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｍａｓｓ
ｏｎ
ｆｒａｃｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ
ｏｆ
ｈｙｄｒｏｘｙ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ
ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＳＰＵＳ ｗｅｒｅ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＳＰＵＳ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｔ ｂｒｅａｋ ｔｈａｎ ＴＰＵ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ｗｈｉｌｅ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｍｅｌｔ ｆｌｕｉｄｉｔｙ．ｔｈｅ
ｗｅｒｅ
ｈａｒｄ
ｓｅｇｍｅｎｔｓ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ
ｂｙ
ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ
ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ ｉｎｄｅｘ，ｃｈａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ，ｔｈｅ ｍｏｌｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｃｈａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ
ｔｏ
ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔｉｍΒιβλιοθήκη ｏｒｔａｎｔｔｏｔｈｅ
ｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｅｌａｓｔｏｍｅｒ，ｔｈｅ
ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ
ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ
ａｎｄ
ｈｉｇｈ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｔｈｅｒｍａｌ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｗｅｒｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ
ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ｂｅｔｔｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＮＣＯ／ＯＨ ｉｓ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｆｌｕｉｄｉｔｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ
ｏｎ
０．９９；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ
ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＰＳ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＳＰＵＳ，
ｗｈｅｎ
ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｉｓ １ ００００
ｗｅｉｇｈｔ
ａｎｄ
ｍａｓｓ
ｆｒａｃｔｉｏｎ
ｏｆ
ｈｙｄｒｏｘｙ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｂｅｓｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｍａｉｎｔａｉｎ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｅｌｔ ｆｌｕｉｄｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．
Ⅳ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＫＥＹ
ＷＯＲＤＳ：ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ｃｈａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ，Ｈｙｄｒｏｘｙ－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ