PPDI型聚氨酯弹性体的耐热性研究

PPDI型聚氨酯弹性体的耐热性研究
2006-05-26 15:18 来源：PUWORLD独家发布,未经许可严禁转载进入论坛点此收藏
李仙会1庞坤玮2
（1.华东理工大学材料科学与工程学院上海200237）
(2. 山西省化工研究院聚氨酯研究部太原030021)
摘要：本文以对苯二异氰酸酯（PPDI）和不同的聚合物多元醇制得了PPDI型聚氨酯弹性体(PUE)，并对其进行了动态力学分析(DMA)，通过确定储能模量(E’)-温度(T)曲线中的拐点温度和log E’-T中的高弹态平台区的斜率，研究了PUE材料的耐热性。

最终研究结果表明，MDI型PUE的耐热性能低于PPDI型PUE的耐热性能，芳香族的扩链剂能够提高PUE的耐热性能；分子结构和聚集态结构的不同，使得PUE的热稳定性各不相同。

关键词：PPDI；聚氨酯弹性体；耐热性；动态力学分析
聚氨酯弹性体（PUE）因其具有耐磨、耐撕裂、耐油、耐化学腐蚀、耐辐射、粘结性好、硬度可调等性能，广泛应用于制鞋、电子、汽车工业等许多领域。

但是通常的聚氨酯弹性体的耐热性能不理想，其使用温度不能超过80℃，短期使用温度不超过120℃，所以使其应用受到限制。

对苯二异氰酸酯（PPDI）是一种高度规整、对称的芳香族二异氰酸酯，用它合成的PUE的耐热性比MDI型、TDI 型PUE的要好[1]。

动态力学分析(DMA)是表征聚合物耐热性能的一种好方法，但用该方法表征聚氨酯弹性体耐热性的文献报道不多。

本工作研制了PPDI型PUE，并对其耐热性进行了动态力学分析的研究。

1 实验部分
1.1 实验原料
4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），M n=250，烟台万华股份有限公司；对苯二异氰酸酯（PPDI），M n=160，进口分装；聚己二酸乙二醇酯（PEA），CMA-24，M n=2000，烟台万华股份有限公司；聚四亚甲基醚二醇（PTMG-2000），M n=2000，美国杜邦公司；聚己內酯（PCL），M n=2000，自制；芳香族扩链剂（A），脂肪族扩链剂（F），自制。

1.2 弹性体的合成与测试
1.2.1 MDI型预聚体的合成
在105～120℃温度下多元醇真空（0.67Kpa）脱水2 h，然后冷却至50～60℃，快速搅拌，加入计算量的MDI，升温到65～85℃，并保温反应2～3 h，取样分析NCO的含量，分析值与设计值(NCO含量为5—6%)基本相符后，进行真空（0.67Kpa）脱泡，并密封保存，待用。

1.2.2 PPDI型预聚体的合成[2]
在105～120℃温度下多元醇真空（0.67Kpa）脱水2 h，然后冷却至60～80℃，快速搅拌，在N2保护下，加入计算量的PPDI，升温到65～85℃，并保温反应2～3 h，取样分析NCO的含量，分析值与设计值(NCO含量为5—6%)基本相符后，进行真空（0.67Kpa）脱泡，并密封保存，待用。

1.2.3 弹性体的制备
称取一定量的预聚体，边搅拌边加热，升温至80℃～90℃，真空（0.67Kpa）脱泡1～2 min，快速搅拌下加入计量的扩链剂（芳香族的扩链剂需熔化），迅速搅拌约1 min，浇注到预热至120℃并涂有脱模剂的平板模具中，待达到凝胶点时，加压硫化30～50 min后脱模，并在110～120℃的烘箱中后硫化24 h，即得所需弹性体试片。

1.2.4 试片的性能测试
所制PU弹性体的试片，在室温下放置1周后进行物性测试。

(1)力学性能的测试应力应变性能(拉伸强度、伸长率及断裂永久变形)按GB/T528—92标淮进行测定；撕裂强度按GB/T529—91标淮进行测定；邵氏硬度按GB／T531—92标准进行测定；冲击弹性按GB ／1681—82标淮进行测定。

(2) 动态力学分析采用日本UBM公司的Rheogel E4000型动态力学分析仪对PUE样品进行动态力学分析，频率为11 Hz，升温速度为3℃/min，升温范围为室温~220℃。

2 结果与讨论
2.1 弹性体的力学性能
PPDI和MDI与不同类型的聚合物多元醇所合成PUE的力学性能见表1。

从表1中可以看到，在力学性能方面M/PTMG-F低于P/PTMG-F，显然这是因为PPDI的结构比MDI对称性更好所致。

而且表1的数据也表明PPDI型PUE机械力学性能受软段结构、扩链剂的种类等的影响。

注：M/PTMG-F是指采用脂肪族扩链剂F、PTMG的MDI型PUE；P/PTMG-F是指采用脂肪族扩链剂F、PTMG的PPDI型PUE；P/PCL-F是指采用脂肪族扩链剂F、PCL的PPDI型PUE；P/PTMG-A
是指采用芳香族扩链剂A、PTMG 的PPDI型PUE；P/PEA-A是指采用芳香族扩链剂A、PEA 的PPDI 型PUE；P/PCL-FA是指采用芳香族扩链剂A和F、PCL 的PPDI型PUE，下同。

2.2 弹性体的动力学分析
2.2.1 较低温度下的动态力学性能
各PUE样品在40℃的储能模量和损耗因子见表2。

从表2中可以看到，与MDI型PUE相比，具有相同软段和扩链剂结构的PPDI型PUE的储能模量要大得多，而损耗因子要小得多。

说明在相同软段结构的情况下，PPDI型的PUE比MDI型的内生热要小，这是由于PPDI型PUE中硬链段的长度比MDI型PUE硬链段的长度小，微相分离的程度更加完全所致。

表2 40℃时各样品的储能模量和损耗角正切
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