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聚氨酯高分子材料擴(kuò)鏈劑
| 來(lái)源：邵君( 先生，國(guó)內(nèi)國(guó)際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時(shí)間：2018-4-27 15:46:34 |
在硬段含量基本相同的情況下，由于聚氨酯高分子材料擴(kuò)鏈劑的結(jié)構(gòu)不同，所合成彈性體的硬度、沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度各不相同。具有剛性結(jié)構(gòu)的聚氨酯高分子材料擴(kuò)鏈劑E可賦予材料較高的硬度、熱變形溫度和較高的沖擊強(qiáng)度;線性直鏈結(jié)構(gòu)的1，42丁二醇具有較好的柔順性，因此由其合成的彈性體硬度最低，但耐沖擊性最好。
對(duì)稱的脂環(huán)族二元醇擴(kuò)鏈劑D反應(yīng)性較好，硬段的脂環(huán)族結(jié)構(gòu)提高了硬度，相對(duì)于線性脂肪族二元醇具有熱變形溫度高，沖擊強(qiáng)度稍差。
由聚氨酯高分子材料擴(kuò)鏈劑E的2組數(shù)據(jù)可以看出，單純提高硬段含量的方法在一定程度上可以提高硬度及熱變形溫度，但混合物料粘度大、工藝性能稍差、成本高且得到的材料一般比較脆。綜合考慮其性能和工藝的平衡采用擴(kuò)鏈劑E還具有與A組分中聚醚多元醇相溶性好，使得A組分的貯存穩(wěn)定性提高，合成聚氨酯材料的透明性進(jìn)一步提高，加工工藝性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
A組分中混合多元醇每個(gè)羥基所對(duì)應(yīng)的平均相對(duì)分子質(zhì)量(N值)的大小直接影響最終聚氨酯材料的強(qiáng)度和硬度。通過(guò)調(diào)節(jié)A組分的N值制得一系列硬度的聚氨酯材料制品。
隨著N值的增加，聚氨酯材料的硬度、熱變形溫度、拉伸強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率增加。這是因?yàn)锳組分N值增加時(shí)與之反應(yīng)的異氰酸酯量相應(yīng)減少，硬段含量隨之減少。因混合多元醇品種不同，A組分的混合多元醇N值不同，沖擊強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。綜合考慮性能和工藝，A組分多元醇所對(duì)應(yīng)的每個(gè)羥值的N值最好控制在120～150范圍內(nèi)。
平均官能度對(duì)聚氨酯材料性能的影響。該透明聚氨酯屬于交聯(lián)型的聚合物，交聯(lián)密度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的混雜程度則與使用的原料多元醇的官能度和異氰酸酯的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
2,2-二羥甲基丁酸(擴(kuò)鏈劑親水劑DMBA)用途：DMBA是帶有兩個(gè)活性的羥甲基團(tuán)的新戊基羧酸，因此可以被用作合成水性高分子體系，可廣泛用于水溶性聚氨酯、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等方面。DMBA在不同溶劑中具有比DMPA更好的溶解性能，因此可以使工作效率得到很大的改善。
DMBA被視為水性聚氨酯用新一代綠色環(huán)保型擴(kuò)鏈劑和內(nèi)乳化劑，生產(chǎn)水性聚氨酯膠黏劑，無(wú)需使用有機(jī)溶劑，有機(jī)殘留物為零。不存在使用DMPA熔點(diǎn)高、溶解慢、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、產(chǎn)品性能差、需要加入有機(jī)溶劑、溶劑殘留量大等問(wèn)題。還可用于水性環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯等膠黏劑的制造。目前水性聚氨酯、水性樹(shù)脂、水性膠粘劑、水性涂料等水性產(chǎn)品多用途改性助劑(親水?dāng)U鏈劑)，作為單體，改性過(guò)程中，二羥甲基丁酸(DMBA)無(wú)需添加任何有機(jī)溶劑(以水代替)，生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，.其中二羥甲基丙酸(DMPA)以優(yōu)越的性價(jià)比使得其在水性領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍！
隨著平均官能度的增加，交聯(lián)密度提高，形成了混雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，限制了軟硬斷之間的微相分離，聚氨酯材料的硬度、熱變形溫度增加，其沖擊強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)先增加后降低，這是因?yàn)锳組分N值一定時(shí)，其平均官能度增加導(dǎo)致聚氨酯材料的交聯(lián)密度增加，交聯(lián)密度過(guò)大時(shí)聚氨酯材料發(fā)脆，表現(xiàn)為沖擊強(qiáng)度顯著降低。因此由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知A組分平均官能度應(yīng)控制在2.5～2.7范圍內(nèi)。
聚氨酯材料的熱變形溫度及硬度按HDI、IPDI、H12MDI順序依次增高，這是因?yàn)镠DI 不含脂環(huán)結(jié)構(gòu)，IPDI分子結(jié)構(gòu)上有1個(gè)環(huán)己基，H12MDI分子結(jié)構(gòu)上則有2個(gè)環(huán)己基，它們的剛性結(jié)構(gòu)含量依次增加，故聚氨酯材料的硬度和耐熱性能依次提高;由IPDI合成的聚氨酯的透光率最好，因?yàn)镮PDI為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，合成的聚氨酯材料結(jié)晶傾向最低。
而HDI合成的聚氨酯硬度太低，不能滿足產(chǎn)品要求。通過(guò)比較可知，選用IPDI反應(yīng)活性適中、蒸氣壓最低，且其制得的聚氨酯材料透明性好(一般情況下材料透光率大于90%時(shí)，透明性較好)，因此最終確定IPDI作為本實(shí)驗(yàn)的異氰酸酯組分。
采用預(yù)聚法時(shí)，物料粘度大流動(dòng)性差，混合脫泡困難，特別是可操作時(shí)間短，當(dāng)澆注量較大時(shí)只能用澆注機(jī)澆注，手工生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。而一步法和半預(yù)聚體法物料粘度適宜，混合脫泡容易、操作簡(jiǎn)單。因此本研究分別用一步法和半預(yù)聚法合成高硬度透明聚氨酯材料，其中半預(yù)聚法又分別采用樣品1# 和4# 的配方。
半預(yù)聚法較一步法制得的聚氨酯材料性能明顯提高，尤其在耐熱變形性能上表現(xiàn)更加突出，這是因?yàn)橐徊椒ǖ姆磻?yīng)較難控制，所得彈性體分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，力學(xué)性能較半預(yù)聚體法差。
采用半預(yù)聚體法制備聚氨酯彈性體的反應(yīng)分2步進(jìn)行，由于采取了預(yù)聚步驟，使部分異氰酸酯先與其中一種多元醇反應(yīng)，這在一定程度上控制了反應(yīng)速度，在進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)時(shí)放熱低，易于控制。
制得的聚氨酯分子鏈段排列比較規(guī)整，有利于軟、硬鏈段之間的微相分離，制品具有良好的力學(xué)性能，重復(fù)性也較好。樣品4# 由于采用較高官能度的多元醇使體系的交聯(lián)密度提高，軟、硬段的相混合程度提高而形成混雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，結(jié)晶性降低，大大提高了聚氨酯材料的熱變形溫度，同時(shí)也提高了其機(jī)械性能。
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