聚脲弹性体的结构与性能研究进展

聚脲弹性体的结构与性能研究进展

摘要：聚脲弹性体是为适应环保需求而研制开发的一种新型绿色材料。聚脲弹性体集多种功能于一身，全面突破了传统环保型涂装技术的局限。聚脲弹性体优异的理化性能和良好的热稳定性使得其在美国、日本、西欧等发达国家的市场需求非常大。在中国，聚脲弹性体也开始得到了非常广泛的应用。但聚脲在国内应用的同时，质量却跟不上国外的步伐，因此对聚脲性能的研究就显得尤为重要。本文重点研究了聚脲弹性体结构与性能之间的关系。

关键词：聚脲；弹性体；结构；性能

Progress in the structure and performance of polyurea elastomer Abstract：Polyurea elastomer is a new type of green materials developed to meet the environmental needs. Polyurea elastomer has many advantages and has totally broken through the limitations of environmental coating technology. The excellent Physical and chemical Properties as well as good thermal stability of Polyurea have made Polyurea elastomer have a great demand in the United States, Japan, Western Europe etc. In China, Polyurea elastomer is also beginning to have a wide range of applications. Though widely needed in our country, the quality of polyurea still fall behind foreign countries. So the research of polyurea’s property is particularly important.The relationship between structure and performance of Polyurea elastomer was our focus in the thesis.

Key words: polyurea; elastomer; structure; performance

1 引言

聚脲材料具有较高的抗冲耐磨性、良好的防渗效果、耐腐蚀性强以及优异的综合力学性能，在国防、工民建及水利水电工程中得到了广泛应用。在这个技术领域中，最引人注目的是由聚氨酯发展而来的聚脲弹性体材料。

聚脲弹性体是国外近20年来为适应环保需求而研制开发的一种新型绿色材料[1]。聚脲集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢多种功能于一身，全面突破了传统环保型涂装技术的局限[2]。

聚脲弹性体材料一般是由高活性端氨基聚醚和多元胺扩链剂与多异氰酸酯反应制备而成，因为氨基与异氰酸酯基的反应速度很快，不需要使用催化剂。如今市场上用来做聚脲弹性体的原料异氰酸酯一般都是MDI，而作为软段的氨基化合物一般都是氨基聚醚。通过对聚脲弹性体合成工艺技术的不断改进，将把我国的聚氨酯、涂装技术水平推向一个新阶段。

2 聚脲弹性体的合成与表征

1976年，Rowton就在聚氨酯涂料的R组分中添加了Jefferson化学公司的端氨基聚醚[3]，合成了聚氨酯脲，但其添加端氨基聚醚的目的是为了提高聚氨酯涂料在不平整基材表面的抗下陷

性能，同时Rowton认为端氨基聚醚与A组分异氰酸酯的反应速度过快，难以在工程上进行实际操作，不具备工程实用价值。

1980年代中期，在Gusnler公司的配合下，Texaeo(现Huntsman公司)公司在化学家Primeaux[4]的带领下，在其Austin的实验室，率先研发成功了聚脲喷涂涂料技术。

Broekaert等[5]研究了异氰酸酯异构体，高平均官能度异氰酸酯预聚体对聚脲涂料的固化速度、固化效果及涂层力学性能的影响，研究表明：高MDI含量的异氰酸酯A组分会使涂料的凝胶时间有效降低，但同时却使涂层的拉伸强度和撕裂强度降低，通过Huntsman公司的技术对MDI改性后，可在延长涂料凝胶时间的同时保持力学强度不下降；高平均官能度A组分制得的聚脲涂料力学性能不如低平均官能度A组分制得的聚脲涂料的主要原因是高平均官能度A组分的粘度过高导致混合效果变差；如果能够采取合适技术降低高平均官能度A组分的粘度，可望在延长凝胶时间的同时制得力学性能更加出色的聚脲涂料。

Lee等人[6]用4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯与Jefflamine-ED2001合成预聚物，再用3,5-二胺苯甲酸进行扩链合成了聚脲。文章用DMSO-d6溶剂并在室温下用核磁氢谱表征了所合成聚脲的结构，并指出脲键氢的化学位移在8.53ppm和5.35ppm处。

Yadav等人[7]用六亚甲基二异氰酸酯和己二胺在环己烷与水的混合液中合成了聚脲微胶囊，并用广角X射线衍射分析聚脲微胶囊的结晶情况，结果发现在2 为20.0有一个强度比较小的漫散射峰，证明所合成的聚脲微胶囊有结晶存在，但结晶程度不大。

在国内，黄微波等人[2]进行了大量关于喷涂聚脲的研究，并成功开发了适应于工业应用的喷涂聚脲弹性体。

郝敬梅等[8]通过冰乙酸和己二胺(HDA)反应，合成一种新型的酞胺扩链剂二乙酞己二胺(MHDA)，将HDA和MHDA分别与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯反应，制备芳香族聚脲弹性体。与HDA扩链剂合成的聚脲相比，由MHDA合成聚脲的反应速率大大降低。文章还对所合成的聚脲弹性体材料进行了力学性能测试，用HDA扩链剂合成的聚脲材料拉伸强度为19.3MPa，断裂伸长率为280%；用MHDA扩链剂合成的聚脲材料拉伸强度为25.2MPa，断裂伸长率为360%。

李雪莲等人[9]以4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯和间苯二胺为预聚单体，N,N-二甲基乙酞胺(DMAc)为溶剂，经两步法溶液聚合制备了芳香族聚脲。文章采用I HNMR表征了聚脲样品的化学结构，指出与苯环相邻的亚甲基氢的响应峰在3.8ppm左右，在8.5ppm-8.7ppm之间的两个响应峰为脲键中NH键的响应峰，对应NH基团在聚脲分子链中的两种化学环境。苯环上氢的响应峰在7.3ppm 左右。文章还用TGA表征了材料的热性能,并指出所合成聚脲的最大分解速率处温度为290℃。