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王武生——分子设计与改性
水性聚氨酯的分子设计
与改性技术
安徽大学化学化工学院
王武生
分子设计和改性技术
• 近30年来却发生了突飞猛进的发展。其发
展的实质是基于水基聚氨酯理论体系和合
成技术基础上的产品设计和改性技术。
水性聚氨酯分子组成设计
• 水性聚氨酯与其它聚氨酯结构一样,分子
中除含有氨基甲酸酯基团外,还有可能含
有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、缩
二脲、芳环、羧基等基团。
基团内聚能
聚氨酯材料结构特点
• 软硬段结构‐‐‐相分离
• 氢键‐‐‐‐分子间相互作用强
链段结构与聚集态结构
• 链段结构—聚集态结构‐‐‐性能
嵌段结构与相分离
水性聚氨酯链段结构设计
• 链段结构设计
• 链段比例设计
• 链段长度设计
水性聚氨酯软段结构设计
• 设计核心‐‐选择
软段比例设计
• 设计核心‐‐‐配方
软段长度设计
• 设计核心‐‐‐选择
• 另外也可以采用合成工艺改变软段长度
由极短硬段连接的两个软段作用
• 对模量—相当于嵌段
• 对断裂伸长—相当于一个长软段
极短硬段连接的两个软段的合成
• 投料方式
硬段结构设计
• 硬段结构
• 硬段比例
• 硬段长度
硬段结构
• 二异氰酸酯
• 小分子扩链剂
• 亲水扩链剂
二异氰酸酯
• TDI
• IPDI
• HDI
• MDI
• H12MDI
• TMXDI
IPDI和TMXDI
NCO
NCO
小分子扩链剂
• 小分子多元醇
• 多元胺
• 肼
小分子多元醇
• 二元醇:
乙二醇,丁二醇,甲基丙二醇,新戊二
醇,己二醇,环己二甲醇,对苯二甲
醇,HQEE
• 多元醇:
三羟甲基丙烷,季戊四醇
多元胺扩链剂
• 二胺
乙二胺,丁二胺,IPDA,环己二甲胺
• 多元胺:
二乙三胺,三乙四胺
肼
• 水合肼
O
H H
N N C NH
硬段含量设计
• 硬段含量--软段含量
硬段长度设计
• 硬段长度取决于软段长度和硬段含量,
硬段长度分布
• 硬段长度分布对聚氨酯性能有非常大的
影响,短硬段通常只能溶于软段相区而
不能进入硬段微区。
• 硬段分布与投料方式有关
分子量设计
10000
抗
拉
强
8000
度
(
6000
p
s
i
)
4000
0 100000 200000 300000 400000
重 均 分 子 量 Mw
图 6。 抗 拉 强 度 与 聚 氨 酯 分 子 量 关 系
700
%
率 600
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