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一种聚氨酯弹性体复合材料的制备 　　【摘要】 以定量的四氢呋喃聚醚PTMG和异佛尔酮二异氰酸酯IP- 　　DI 为初始原料制备预聚体。加入定量辛酸亚锡,滴定游离-NCO含量。并测定使实验中所得的―NCO%的含量处于制作聚氨酯弹性体所需的―NCO%的含量范围内(8~12%)。将预聚体中加入不同比例纳米Si3N4,分别制备PU/ Si3N4复合材料。将不同条件下得到的PU/ Si3N4复合材料用红外(ATR)对复合材料的结构与性能进行表征并分析得到图谱,并进行分析。 　　【关键词】PU/ Si3N4复合材料制备 ATR 　　 　　聚氨酯是一类应用广泛的聚合物材料,其高性能化研究包括在逐步聚合过程中调节其分子链结构和加入有机无机填料。通常在聚氨酯中引入无机填料不能同时增强和增韧,在强度提高的同时其弹性一断裂伸长率会下降。近来,随着聚合物/纳米复合材料研究的发展,科学家们希望利用纳米粒子增强聚氨酯来同时达到增强和增韧的目的。 　　四氢呋喃聚醚也称聚氧四甲撑二醇(PTMG),是一种伯羟基封端的线性二元醇,系由四氢呋喃开环聚合而制成的。其分子式为:HO―[(CH2)4―O]nH,通常使用的分子量在600～3000之间。因PTMG特有的分子结构,使所生成的聚氨酯(PU)弹性体具有分子结构规整,综合性能优异等,如强度高,弹性好以及优异的耐水性能,耐低温性能和耐霉菌性能。一般PTMG聚醚既可用预聚体法合成浇注型PU弹性体,也可用一步法合成热塑型PU弹性体。[1] 　　透明聚氨酯弹性体具有优异的光学性能,同时又具有聚氨酯弹性体较高的机械强度和很宽的硬度范围,适用于光学和弹道发射,可制作眼镜片、防弹玻璃、商标铭牌和工艺品等。常用的聚氨酯弹性体都是由芳香族二异氰酸酯如TDI、MDI合成的,用这些材料合成的聚氨酯弹性体含有芳香族二脲的桥键,在紫外光照射下,很容易生成发色的醌式结构[2],会氧化变黄,使制品透明性降低。而脂肪族二异氰酸酯如HDI、IPDI等,由于不含苯环,在紫外光照射下,不会发生氧化变黄,可用于制作透明耐黄变的聚氨酯产品。HDI为六亚甲基二异氰酸酯,IPDI为异佛尔酮二异氰酸酯,它是75%顺式和25%反式异构体的混合物,HDI比IPDI对称性好,用其合成的弹性体有微弱结晶,透明性不如IPDI好。目前国内虽有一些学者把IPDI用于聚氨酯弹性体的??备,但都是热固化的,这种产品需要在100℃左右固化,工艺复杂,操作不便[3]。本文选用IPDI合成室温固化透明聚氨酯弹性体,使这种透明聚氨酯弹性体的制备可在室温下完成,简化了工艺,便于扩大其应用领域。[4] 　　常用的聚酯型聚氨酯是以聚酯二元醇和异氰酸酯合成的,由于聚氨酯的分子链中含有大量的酯键,在酸碱的条件下应用,容易水解而造成粘结接头的破坏。而用聚醚二元醇合成的聚氨酯,其软段醚键的耐水解性能较好,但分子间的次价交联作用力不及聚酯型聚氨酯,导致聚氨酯的分子的微区结晶少,使其力学性能不高。纳米粉体的加入可以提高其力学性能,从而弥补聚醚型聚氨酯的不足。[5]故本实验选用了IPDI和PTMG为主要原料,用乙二胺为扩链剂,辛酸亚锡为催化剂,以丙酮为溶剂,采用二步法,室温固化,并将改性后的纳米Si3N4粉体原位分散在体系中。 　　1.试验方法 　　1.1原料和仪器: 　　聚醚多元醇PTMG(Mn2000,羟值需测定,水分,0.05),锡催化剂,辛酸亚锡(C16H30O4Sn国药集团化学试剂有限公司),异佛尔酮二异氰酸酯IPDI(德国Chemische Werke Huls公司NCO质量分数37.5%),乙二胺(上海化学试剂公司)。三口烧瓶,温控仪,红外灯。 　　1.2预聚体的制备 　　1.2.1 PTMG(2000)羟值的测定 　　羟值定义:1g试样中烃基被乙酸酐酯化后所生成的酸用KOH中和所需毫克数。PTMG(2000)羟值的测定的方法采用的是苯酐-吡啶法[6]。 　　1.2.2计量初步配方 　　IPDI:11g约为0.05mol,PTMG:33g约为0.0165mol,乙二胺:1.5g,约为0.0435mol。辛酸亚锡:5滴。即―OH/―NCO =1:3.1,而剩下的-NCO可以与扩链剂乙二胺反应。 　　1.2.2预聚体的制备 　　在三口烧瓶中加入定量的PTMG和IPDI,放入水浴中,调整温度在90℃,装上搅拌浆搅拌,再加入5滴辛酸亚锡,反应两小时。滴定游离-NCO含量。经―NCO%的测定发现实验中所得的―NCO%的含量是处于制作聚氨酯弹性体的所需要的―NCO%的含量的范围内的即8～12%,适合进行下步的实验。 　　1.3 弹性体及其纳米复合材料的制备 　　将预聚体加入丙酮至质量为80g,此时搅拌时感觉体系黏度很低,充分搅拌5分钟,将三口瓶放入水浴中常温冷却2