含磷聚氨酯弹性体的制备及性能研究
The Synthesis and Properties of Phosphorus-containing Polyurethane Elastomers
聚氨酯是结构中含有氨基甲酸酯的多嵌段共聚物.聚氨酯弹性体(PUE)是一种介于一般橡胶与塑料之间嵌段结构可调的弹性材料,既具有橡胶的高弹性,又有塑料的高强度,其耐磨性、生物相容性特别突出,同时还具有优异的耐油、耐冲击、耐低温、耐臭氧、耐辐射、负重隔热和绝缘等性能.在整个聚氨酯工业制品中,聚氨酯弹性体品种丰富,尤其是含不同杂元素聚氨酯弹性体,由于其结构可控、功能性强是其它聚合物制品难以比拟的,可广泛应用在航空航天、生物制品、工业和建筑等领域.不同杂元素如氟、硅、硫等引入聚氨酯弹性体以提高其特殊功能是聚氨酯改性研究和应用的重要领域.与其它杂元素相比,磷具有良好的生物相容性、亲水性、耐老化和阻燃性在材料研究中早已受到广泛关注,但由于其反应单体的单一性和高活性使其难以引入到聚合物结构体系中,国内外对于含磷聚合物体系的研究与应用尚处于起步阶段.本篇论文以磷元素引入聚氨酯为目标探索研究了含磷聚氨酯的制备与性能.论文的主要工作:1、首先全面地介绍了聚氨酯的基本概念以及发展概况,重点分析了聚氨酯弹性体的改性情况.最后,指明了本课题的选题意义及研究内容.2、采用共聚和共混两种方法分别研究制备了系列不同磷含量的聚氨酯弹性体(P-PU).1)共聚法:首先设计选用间苯二酚与二氯磷酸苯酯反应和以对硝基苯酚与二氯磷酸苯酯反应再经还原,分别合成两种不同二醇和二胺类含磷扩链剂3,3-二羟基-磷酸三苯酯(BPP)和4,4-二胺基-磷酸三苯酯(BAPP).再与不同类型软段聚乙二醇醚二元醇(PEG)系列、芳烃聚酯二元醇(PAR)系列、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)系列和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料合成的预聚体进行扩链反应制备出系列含磷聚氨酯弹性体.2)共混法:采用聚磷酸铵(APP,数均分子量为2000)和磷酸三苯酯(TPP)为含磷组分按不同比例共混引入聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)合成的预聚体中,经1,4-丁二醇扩链制备出不同磷含量的复合聚氨酯弹性体.3、分别利用红外光谱(FTIR).热重(TGA)、表面接触角、示差扫描量热(DSC)和力学性能等现代分析测试手段研究表征了合成含磷扩链剂的结构;探索了预聚反应、扩链反应、后硫化反应等对含磷聚氨酯弹性体制备过程的影响;研究了磷元素引入对聚氨酯弹性体结构与力学性能、热稳定性、阻燃性、亲水性等性能的影响.4、论文研究工作结果表明:1)成功合成两种类型含磷扩链剂;2)通过共聚与共混两种方法都能有效将磷元素引入到聚氨酯弹性体中,形成了含磷聚氨酯弹性体制备的工艺路线.3)由于磷元素的引入,使得含磷聚氨酯弹性体拥有较强的亲水性和较高的表面张力,当磷含量5.13wt.%时,P-PU吸水率可达到17.6%,当磷含量1.67wt.%,表面张力可达到52.03mN/m;随着磷元素含量的增加,P-PU的热稳定性得到明显增强,如P-PU14较不含磷聚氨酯P-PU8的初始分解温度提高46℃.4)共聚和共混两种制备方法相比,随着磷元素含量的增加,共聚法制备的P-PU力学性能得到增强,而共混法则呈现下降的趋势,两种方法制备的聚氨酯弹性体的阻燃性得到升高,磷含量相近时,共聚法制备的P-PU具有更高的氧指数.
- 作者：
- 陈争艳
- 学位授予单位：
- 安徽建筑工业学院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 刘瑾
- 中图分类号：
- TQ334.1
- 关键词：
- 含磷聚氨酯弹性体；扩链共聚；共混；制备；结构与性能
- Phosphorus-containing polyurethane elastomers； Chain extendercopolymerization； Blending preparation； Structure and properties