聚氨酯的結構與性能解析課件

1、郝文濤合肥工業(yè)大學化工學院2010-3-14聚氨酯的結構與性能2.0 影響PU性能的因素綜述2.1 耐寒性能2.2 耐熱性能2.3 耐水解性能2.4 耐老化性能2.5 耐光性能2郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院3郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0 綜述：淺談影響聚氨酯性能因素2.0.1 影響因素基礎原料組分的化學結構和物理特性線性鏈的相對分子質量聚合物的相結構合成、加工方法與工藝條件4郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0 綜述：淺談影響聚氨酯性能因素軟硬段尺寸微相分離程度形成分子鏈間共價鍵和氫鍵的能力鏈段中和區(qū)域結構中凝聚鏈段間形成范德華力相互作用的趨勢所用異氰酸酯組分中芳香族環(huán)或脂環(huán)族環(huán)結構的尺寸

2、和對稱性分子鏈的連接程度經(jīng)受加工受熱過程后鏈段的定向作用結晶相的類型和含量5郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院換而言之軟段（Tg低于室溫，較長）主要影響彈性和低溫性能，對硬度、撕裂強度和模量也有重要作用；硬段主要對產(chǎn)品模量、硬度和撕裂強度影響大，且決定該聚合物材料的最高使用溫度。6郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0.2 軟硬段的影響硬段氫鍵存在著氨基甲酸酯、脲等高極性基團能提供質子的仲氨基基團能接受質子的羰基基團軟-硬段氫鍵醚氧基羰基7郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0.3 氫鍵均能接受質子，與仲氨基形成氫鍵氫鍵的形成使硬段間彼此聚集，形成許多微區(qū)，均勻地分散于軟段基體中，成為一種不連續(xù)的微相結構。

3、它們類似填料顆粒，對軟段基質起到補強作用。硬-軟段間氫鍵的形成，使硬段不同程度地滲入軟段基質，降低其純度，限制其活動性，顯著提高軟段的T g，且隨氫鍵化程度的提高而升高。這些現(xiàn)象產(chǎn)生微相分離形態(tài)結構，決定著聚氨酯材料的物理機械性能。8郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0.3 氫鍵通過微相分離形態(tài)結構研究，可有助于深入了解材料結構與性能間的關系，有助于原材料選擇、改性，有助于新型助劑的開發(fā)以及配方設計和工藝條件的確定。有效地掌握微相分離測試和表征方法，則有可能合理利用或控制微相分離，以改進聚氨酯最終產(chǎn)品性能。9郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.0.4 意義郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院102.1 聚氨

4、酯的耐寒性能與結構的關系2.1.12.1.1 含氟剛性擴鏈劑PU由于FPUE的硬段間的強氫鍵作用和偶極效應，使得微區(qū)中部分鏈段排列有序形成微晶結構；隨著硬段含量的提高，Tg逐漸升高，F(xiàn)PUE的耐寒性能逐漸降低，而耐熱氧化性逐漸提高。11郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院122.1.2 PU-軟段-耐寒性2.1.2郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院13微相分離研究表明：隨著軟段含量的提高，聚氨酯涂膜的微相分離程提高，軟段的玻璃化溫度下降，有利于提高涂膜的耐寒性能。聚合物的耐寒性能優(yōu)劣實際上反映了其分子鏈在低溫下的運動能力；由于鏈段運動是最重要的分子運動形式，因此，與之對應的玻璃化

5、轉變溫度（Tg）的高低就反映了耐寒性能的好壞；Tg越高，耐寒性越差；Tg越低，耐寒性越好；因此，軟段的柔性對耐寒性影響非常大；但是，耐寒性的提高往往對應著力學性能的降低。14郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.1.3 耐寒性能總結郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院152.2.1 聚氨酯耐熱性能與結構的關系2010.12.2.1制備過程首先將自制的聚氨酯預聚體和環(huán)氧樹脂按質量比為2:1 的比例混合。加入固化劑，攪拌均勻。再將磨料和稀土拋光劑按比例加入并充分攪拌均勻，澆注到模具中，最后加熱固化成型。16郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.2.1 聚氨酯/環(huán)氧樹脂 IPN郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院172.2.1

6、 聚氨酯/環(huán)氧樹脂 IPN固化反應跟蹤郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院182.2.1 聚氨酯/環(huán)氧樹脂 IPNEP的熱分解溫度似乎應高于PU，作者有可能使用了EP預聚物做的TG？郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院192.2.2 有機硅-聚氨酯2.2.2郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院202.2.2 有機硅-聚氨酯氨基有機硅合成郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院212.2.2 有機硅-聚氨酯水分散有機硅-聚氨酯嵌段共聚物的合成郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院222.2.2 有機硅-聚氨酯氨基有機硅能夠改善PU熱性能郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院232.2.3 有機硅-聚氨酯-蒙脫土2.2.3郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2

7、42.2.3 有機硅-聚氨酯-蒙脫土WPSUR 以氨基有機硅為擴鏈劑制備的水性聚氨酯MMT 蒙脫土該曲線為TG的微分曲線（DTG)郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院252.2.3 有機硅-聚氨酯-蒙脫土HDA 己二胺APDMS - N - -氨乙基- - 氨丙基甲基二甲氧基硅烷NS - 端氨烴基聚二甲基硅氧烷該曲線為TG的微分曲線（DTG)郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院262.2.4 蓖麻油交聯(lián)PU2.2.42.2.4 蓖麻油交聯(lián)PU之蓖麻油物性簡介蓖麻油是一種來源豐富，價格低廉的天然可再生資源，其羥基官能度為2.7 左右，而且有生物可降解性，已經(jīng)成為聚氨酯工業(yè)中一種具有很強競爭力的天然原料，除了作為

8、多元醇成分廣泛應用到聚氨酯彈性體材料中，也用于聚氨酯涂料，其成膜的疏水性、柔軟性、耐屈撓性和耐寒性良好。27郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院28不同羥基官能度改性蓖麻油制備聚氨酯膜的DTG曲線及數(shù)據(jù)郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院292.2.5 常溫交聯(lián)有機硅-PU2.2.5郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院302.2.6 交聯(lián)結構PU2.2.6郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院31在PUE 分子鏈上引入熱穩(wěn)定性好的雜環(huán)基團（如異氰脲酸酯、噁唑烷酮、聚酰亞胺環(huán)等）能夠顯著提高PUE的耐熱性能與TDI-80反應得到改性異氰酸酯郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院32郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院3

9、3PS: 賽克用量對于PUE力學性能的影響郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院34PS: 賽克用量對于PUE力學性能的影響郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院352.2.7 結合綜述進行總結2.2.7結構對聚氨酯彈性體耐熱性的影響伯醇最高，叔醇最低聚酯型聚氨酯彈性體耐熱性能優(yōu)于聚醚型1, 5-萘二異氰酸酯(NDI) 剛性更強剛性擴鏈劑 氫醌雙羥乙基醚有機硅改性對彈性體耐熱性影響在PU分子的主鏈上引入熱穩(wěn)定性好的雜環(huán)（如異氰脲酸酯環(huán)、聚酰亞胺環(huán)、噁唑烷酮環(huán)等）實施交聯(lián)提高結晶度36郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.2.7 結合綜述進行總結聚合工藝條件對彈性體耐熱性影響控制縮二脲與脲基甲酸酯的生成預聚法和半預聚法就

10、要好一些納米粒子和填料復合對彈性體耐熱性的影響聚氨酯-蒙脫土聚氨酯-納米二氧化硅碳酸鈣、炭黑、石英石、碳纖維、玻璃纖維、尼龍、固化樹脂顆粒等填料37郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.2.7 結合綜述進行總結郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院38氫醌雙羥乙基醚縮二脲脲基甲酸酯郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院392.3 聚氨酯耐水解性能與結構的關系2.3.1指導思想-采用聚醚型樹脂涂覆漿料的漿料采用黏度大，固含量高的樹脂，充分確保坯革的手感韌性好，強度高，耐堿、耐水解性能優(yōu)異，彈性佳，同時能提高成品的耐刮、耐磨性能。由于加工工藝及手感的要求，配方的固含量較低，為了使耐水解性能不下降，浸漬配方中也采用了耐水解性

11、能更優(yōu)的聚醚型聚氨酯樹脂。40郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.3.1 耐水解PU郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院412.3.2 聚丙烯酸酯PU2.3.2加入聚丙烯酸酯改性的PU合成革的耐水解性能優(yōu)于添加壓花助劑的PU合成革加入聚丙烯酸酯樣品后，對合成革的耐水解性能無影響,而加入壓花助劑101和102均會使PU合成革的耐水解性能下降。這是因為聚丙烯酸酯極性比聚氨酯略低，疏水性強，防水性好，在耐水解性能方面比聚氨酯材料好，加入聚氨酯中不會降低聚氨酯材料的耐水解性能。42郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院432.3.3 聚醚-聚酯嵌段PU2.3.3郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院442

12、.3.4 表面硅烷保護PU2.3.4郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院452.3.5 聚碳酸酯PU2.3.5PCDL 對TPU耐熱性能的改善PCDL 對TPU耐水解性能的改善PCDL 基試樣在100 熱水中浸泡7 d 后的拉伸強度保持率為90 %左右，PTMG基彈性體試樣為40 %左右，而PHA 及PCL 基彈性體試樣已幾乎完全被破壞；PCDL 基試樣的伸長率保持率大于90 % ，PTMG基試樣保持率小于70 % ，PHA 及PCL 基彈性體試樣也已幾乎完全被破壞。PCDL 是目前多元醇中綜合性能優(yōu)異的品種46郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院PCDL 對聚氨酯材料性能的改善碳鏈高分子不容易水解，而雜鏈高

13、分子易于水解；醚鍵比酯鍵耐水解；聚碳酸酯耐水解，但又能生物降解（目前研究結論比較混亂，未能來得及認真考證）47郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.3.6 聚氨酯耐水解性能總結郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院482.4 聚氨酯耐老化性能與結構的關系2.4.1郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院492.4.2 硅油改性PU2.4.2郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院502.4.3 交聯(lián)結構PU2.4.3郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院51氮丙啶基團可在酸存在下開環(huán)，與水性聚氨酯形成交聯(lián)結構郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院522.4.4 納米SiO2改性PU（1）2.4.4郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院532.4.5 納米SiO2

14、改性PU（2）2.4.5在聚氨酯的耐老化研究中，使用了紫外線吸收劑、抗氧劑；以羥基硅油為改性劑，以硅烷偶聯(lián)劑為交聯(lián)劑；在分子結構中引入交聯(lián)結構；使用納米填料，特別是納米SiO2改善聚氨酯的耐老化性能。因此，交聯(lián)、納米SiO2保護膜有助于提高PU的耐老化性能，同時需加入紫外吸收劑及抗氧劑以提高其耐老化性能。54郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.4.6 耐老化性能總結郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院552.5 聚氨酯的耐光性能與結構的關系2.5.1郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院562.5.1 交聯(lián)脂肪族PU配合抗氧劑郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院572.5 大豆油-脂肪族PU-丙烯酸酯2.5.2郝文濤，合肥

15、工業(yè)大學化工學院582.5.3 脂肪族PU2.5.3郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院592.5.4 聚天門冬氨酸酯PU-飽和結構2.5.4郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院60郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院612.5.5 新型抗氧劑2.5.5黃變機理由TDI、MDI 等芳族異氰酯酯合成的聚氨酯在紫外線的作用下芳環(huán)的二氨基甲酸酯等橋鍵結構會自動氧化生成醌-亞胺鍵或偶氮化合物，同時伴隨制品泛黃。62郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.5.6 聚氨酯的耐光性能總結郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院63針對這一現(xiàn)狀，可采取如下措施使用脂肪族異氰酸酯，并往往實施交聯(lián)，以保持較高強度；使用紫外吸收劑與抗氧劑；引入新型飽和結構的

16、擴鏈劑；引入丙烯酸酯，以提高耐候性；64郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院2.5.6 聚氨酯的耐光性能總結3.1 POSS是什么？3.2 POSS對聚合物性能的影響3.3 POSS對聚氨酯性能的影響65郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院3. POSS對聚氨酯性能的研究POSS是什么？POSS具有類似于無機硅材料的剛性骨架，其分子通式為Rn(SiO1.5)n，其中R基團為一系列有機官能團。POSS的籠形結構尺寸約為1-3nm，可以認為是最小的納米硅材料。 POSS的獨特結構賦予其極其豐富的設計多樣性 66郝文濤，合肥工業(yè)大學化工學院POSS-聚合物復合材料的力學性能得以提高；POSS對聚合物復合材料有阻燃作用；POSS能夠提高聚合物復合材料的熱分解溫度和燒蝕殘余量；POSS-聚合物復合材料具有較低的介電常數(shù)；POSS-聚合物復合材料的表面性能得以