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摘 要

透明聚氨酯和普通聚氨酯材料相比，拥有良好的光学性能。本文以聚丙二醇2000(PPG-2000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料，采用一步法合成透明聚氨酯弹性体。通过紫外(UV)、红外(FTIR)、力学性能和热重(TG)的测试方法研究了软硬段结构、异氰酸酯指数和不同扩链剂等反应条件对透明聚氨酯弹性体性能的影响。结果显示：当硬段含量在50%左右，异氰酸酯指数为1.2及用非对称的小分子醇作扩链交联剂时，透明聚氨酯弹性体具有良好的力学性能和光学性能。

关键词：透明聚氨酯，IPDI，性能，扩链剂

Abstract：Transparent polyurethane has good optical properties compared to ordinary polyurethane materials. In this paper, isophorone diisocyanate (IPDI) and polypropylene glycol 2000 (PPG-2000) were used as the main raw materials, and a transparent polyurethane elastomer was synthesized in one step. The effects of reaction conditions such as hard and soft section structure, isocyanate index and different chain extenders on the properties of transparent polyurethane elastomers were investigated by Ultraviolet (UV), Infrared (FTIR), Mechanical Properties and Thermogravimetry (TG) test methods. The results show that when the hard segment content is about 50%, the isocyanate index is 1.2 and the asymmetric small molecule alcohol is used as the chain extending cross-linking agent, the transparent polyurethane elastomer has good mechanical properties and optical properties.

Keywords：Transparent polyurethane, IPDI, performance, chain extender

目 录

1 前言 5

2 实验部分 6

2．1 主要原料 6

2．2 实验仪器及设备 6

2．3 异氰酸根含量的测定 6

2．4 实验原理 7

2．5 实验步骤 7

2．6 透明聚氨酯弹性体的性能表征 8

2.6.1 FTIR分析 8

2.6.2 UV分析 8

2.6.3 力学性能 8

2.6.4 TG分析 8

3 结果与讨论 8

3．1 硬段含量对透明聚氨酯弹性体性能的影响 8

3.1.1 不同硬段含量的透明聚氨酯的反应现象分析 9

3.1.2 不同硬段含量的透明聚氨酯的UV分析 9

3.1.3 透明聚氨酯的FTIR分析 10

3．2 异氰酸酯指数对透明聚氨酯弹性体性能的影响 10

3.2.1 不同异氰酸酯指数的透明聚氨酯的力学性能分析 11

3.2.2 不同异氰酸酯指数的透明聚氨酯的UV分析 11

3.2.3 透明聚氨酯的FTIR分析 12

3.2.4 透明聚氨酯的TG分析 12

3．3 扩链剂对透明聚氨酯弹性体性能的影响 13

3.3.1 不同扩链剂的透明聚氨酯的力学性能分析 13

3.3.2 不同扩链交联剂的透明聚氨酯的UV分析 14

3.3.3 不同扩链剂的透明聚氨酯的FTIR分析 14

结 论 16

参 考 文 献 17

致 谢 18

1 前言

高分子光学材料和无机光学材料相比存在表面硬度差、折射率低、色散范围窄、热膨胀系数大、吸水率大、耐热性、耐候性差等缺点，然而也具备耐冲击、密度小、成本低、易加工等优点，所以，高分子光学材料正逐步替代无机光学材料。近年来，高分子光学材料在很多材料方面的领域都得到了快速的发展，因此研究性能优异的聚合物光学材料便具有好的发展前景和经济效益^[1]。

聚氨酯(PU)弹性体,有人把它叫做聚氨基甲酸酯弹性体，是一种具有弹性的材料，并有许多的氨基甲酸酯基连接在主链上。聚氨酯弹性体的结构包含软段和硬段，多元醇在聚氨酯中构成软段部分，异氰酸酯和扩链剂则相反。聚氨酯弹性体又是一种特殊的材料，多元醇和异氰酸酯的不同的品种和它们之间不同的化学组成，都导致生成的聚合物的结构不同，获得的性能也就各不相同。通过这些性能，聚氨酯能够分别制成塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等，并应用到医疗机械，汽车，航天航空，土地建筑，纺织工业等领域^[1,2]。

透明聚氨酯弹性体是聚氨酯材料的主要品种之一，它不仅像传统的聚氨酯材料一样，有良好的力学性能，也具备较好的光学性能，因此，它可以在很多需要好的光学性能的方面发挥很大的作用。例如可制作成眼镜片、防弹玻璃和工艺品等^[3]。它优异的耐介质、耐环境特性，良好的相容性，较强的对多种基材粘结性，在国防、机械、冶金、制鞋、纺织、汽车工业、医药以及航空航天等领域都得到广泛的应用^[4,5]。

聚氨酯是由软段与硬段交替组成的两相嵌段共聚物。软硬段之间容易发生相分离，这是因为软段和硬段在热力学上是不相容的，但是硬段之间又不可能形成宏观相变，这是因为硬段之间有较强的分子间氢键，形成不连续的相，硬段相会分散于软段相中形成微相分离结构。由于聚氨酯中含有微相分离结构，当光照射在聚氨酯表面上时，两相的折射率则不同，这就往往导致聚氨酯是不透明的^[1]。

微相分离结构又会受很多方面的影响，包括异氰酸酯的结构、扩链剂的种类、软段的类型和分子量、软硬段的结晶、合成方法等。其中最为主要的是软硬段的结晶^[6]。因为晶区和非晶区会有不同的折射率，制得的产品也就没有那么高的透明性。只有无规非晶的聚合物的透明性才高，为了提高聚氨酯的透明性，就要降低它的结晶度，因此要尽可能使聚氨酯软硬段之间不结晶或最大限度地控制结晶。

为了控制聚氨酯的结晶度，我们可以选择分子结构不对称的原材料，更大可能地制得无规则的产品；也可以提高扩链剂的官能度，以利于产品的化学交联；还可以设计更加合理的原料组成，以加强软硬段的混合程度^[7]。

2 实验部分

2．1 主要原料

实验主要原料如表1。

表1 主要原料

试剂名称	规格	生产厂家
PPG2000	工业级	山东优索化工科技有限公司
IPDI	工业级	山东优索化工科技有限公司
乙二醇	分析纯	国药集团化学试剂有限公司
1,2-丙二醇	分析纯	上海麦克林生化科技有限公司
1,3-丙二醇	分析纯	上海麦克林生化科技有限公司
1,3-丁二醇	分析纯	上海麦克林生化科技有限公司
1,4-丁二醇	分析纯	上海麦克林生化科技有限公司

2．2 实验仪器及设备

实验主要仪器设备如表2。

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