论文总字数：19337字

摘 要

聚氨酯是带有-NH-COO-特征基团的杂链聚合物，特征基团有极强的极性，结构上可以是线性也可以是体型，制品在耐热、耐油、耐磨、耐老化以及韧性方面的性能优异。本文设计了以聚乙二醇（PEG）、聚丙二醇（PPG）和4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）作为合成聚氨酯预聚物的原料组分，并用环氧树脂E20对其进行封端，得改性A组分，再用二苯甲烷二胺作为B组分，组成双组分聚氨酯树脂。为避免高温固化，固化方式选用特定的脉冲微波炉进行微波固化。预测设计实验所得样品的性能，并用相关文献数据对其进行论证。论证结果表明：选用相对分子质量为1000聚乙二醇和聚丙二醇作为聚氨酯软段，且比例为1：1能在硬度、拉伸强度和韧性等性能上获得更好的效果；预聚物中NCO的质量分数是4%时，能获得更好的力学性能；将聚氨酯中NCO与OH的比值控制在1.1-1.2之间能获得综合性能最优的聚氨酯；选择链节更短的扩链剂，能使聚氨酯有更好的力学性能；选用环氧树脂作为改性剂，能使聚氨酯获得更大的强度、模量以及更好的耐热性。

关键字：聚醚型聚氨酯；聚醚多元醇；环氧树脂；交联剂；扩链剂；力学性能；

Abstract

Polyurethane is a heterochain polymer with -NH-COO- characteristic groups. The characteristic groups have strong polarity, and the structure can be linear or body type. The products have excellent properties in heat resistance, oil resistance, wear-resistance, aging resistance and toughness .In this paper, polyethylene glycol (PEG), polypropanediol (PPG) and 4, 4-diphenylmethane diisocyanate (MDI) were used as raw materials to prepare polyurethane prepolymers, and epoxy resin E20 was used to seal the prepolymers. To avoid high temperature curing, pulse microwave oven was used for microwave curing. The performance of the samples from the design experiment was predicted and demonstrated with the relevant literature data. It turns out that：The relative molecular weight of 1000 peg and poly (propylene glycol) was selected as the soft segment of polyurethane, and the ratio was 1:1 to obtain better hardness, tensile strength and toughness. Better mechanical properties can be obtained by controlling the NCO mass fraction in the prepolymer at about 4%. Polyurethane with the best comprehensive performance can be obtained by controlling the ratio of NCO to OH between 1.1 and 1.2. Choosing the chain extender with shorter link can make polyurethane have better mechanical properties. Choosing epoxy resin as modifier can make polyurethane obtain more strength, modulus and better heat resistance.

Key Words：Polyether polyurethane；Polyether polyols；Epoxy resin；Crosslinking agent；Chain extender；Mechanical property；

目 录

第1章 绪论 1

1.1 聚氨酯树脂及其存在的问题 1

1.1.1 聚氨酯树脂简介 1

1.1.2 聚氨酯原料组成 1

1.1.3 聚氨酯分类 1

1.2 针对聚氨酯树脂缺点的改进方法 1

1.3 聚氨酯改进原理 2

1.3.1 交联改性 2

1.3.2 丙烯酸改性 2

1.3.3 环氧树脂改性 2

1.3.4 有机硅改性 3

1.3.5 纳米材料改性 3

1.4 课题研究 3

1.5 研究意义 3

第2章 聚醚多元醇型聚氨酯的研究综述 1

2.1 实验背景 1

2.2 实验部分 1

2.2.1 原材料的选择 1

2.2.2 实验原理 2

2.2.3 性能测试数据总结 2

2.3 实验数据统计综述 3

2.3.1 梯度相对分子质量聚乙二醇对聚氨酯性能影响 3

2.3.2 聚乙二醇与聚丙二醇配比对聚氨酯性能的影响 5

2.3.3 预聚体中NCO的质量分数对聚氨酯性能的影响 5

2.3.4 聚醚含量与异氰酸酯含量比值对聚氨酯性能的影响 6

2.4 实验综述总结 6

第3章 聚氨酯交联剂种类用量对性能影响 7

3.1 双组分聚氨酯树脂扩链剂以及交联剂 7

3.2 聚氨酯扩链剂以及交联剂种类^[12] 7

3.2.1 扩链剂 7

3.2.2 交联剂 7

3.3 实验部分 8

3.3.1 二醇扩链剂种类对聚醚型热塑性聚氨酯性能影响综述^[13] 8

3.3.2 二醇扩链剂分子链对聚氨酯性能影响 10

3.3.3 环氧树脂作为交联剂对聚氨酯性能影响因素 10

3.4 总结 11

3.5 异氰酸酯种类对聚氨酯性能的影响 11

3.5.1 聚氨酯异氰酸酯种类 12

3.5.2 不同异氰酸酯性能影响实验设计 12

3.5.3 结构与性能分析 12

第4章 双组分配方设计 14

4.1 实验设计依据 14

4.2 实验原料 14

4.3 实验原理 14

4.4 反应设备 14

4.5 反应过程 14

4.5.1 异氰酸酯预聚物的合成 14

4.5.2 环氧树脂封端 15

4.5.3 固化以及样品制备 15

4.5.4 性能测试 15

4.6 性能预测 15

第5章 结论 16

参考文献 17

致 谢 19

第1章 绪论

1. 聚氨酯树脂及其存在的问题
2. 聚氨酯树脂简介

作为合成树脂中性能优异的树脂之一——聚氨酯，有非常多的品种，在合成反应中所需条件温和、易于控制、原料组成多种多样，并且由于其独特的高分子链结构，在涂料、黏合剂、软硬泡沫塑料、合成纤维以及弹性体上的运用非常广泛。在结构上其可以是线性或体形。

1. 聚氨酯原料组成

在原料组成上，聚氨酯树脂主要由以下三种成分组成：多异氰酸酯及其改性物（分子结构中含有NCO基团），一类为-OH（含有羟基的聚酯或者聚醚多元醇，在广义上，只要是含有活泼氢的化合物都可以，比如多元胺、水等），另一类为溶剂、催化剂、交联剂等添加剂（这些添加剂可以与前两类拥有相似的结构）。

合成聚氨酯的起始原料是光气，这种活泼的酰氯可以与二元醇或二元胺反应得二氯代甲酸酯或二异氰酸酯，这些中间产物分别再与二元胺或二元醇反应即可得聚氨酯，这便是聚氨酯的两条合成路径。反应式如下：

1. 聚氨酯分类

聚氨酯分类^[1]主要分为溶剂性聚氨酯（这是最常见的，一般所见的都是此类树脂）、水性聚氨酯（是在溶剂型聚氨酯分子结构上引入亲水基团^[2]，在使用时，乳化分散在水中，可以保持较好的稳定性能，分散在水性聚氨酯中，发挥其固化作用，水性聚氨酯按照固化方式可分为双组分、单组份自干和辐射固化三类）以及无溶剂聚氨酯（从最早出现的分别以聚酯型和聚醚型为主要成分的单组份无溶剂聚氨酯，其共同特点是分子中端基均为异氰基团；然后便是由A、B两种组分组成的无溶剂双组分聚氨酯，其中一组分端基为羟基，另外一组分的端基为异氰基团）。

1. 聚氨酯存在的问题

聚氨酯树脂因其优异的物理机械性能在复合材料界越来越收到重视，具有广泛的运用前景。但聚氨酯树脂在很多方面也存在不足，比如在环保问题上传统聚氨酯树脂因为具有有机化学无法消除的挥发性、有毒性以及难以降解性，在使用时也大大收到了限制；并且聚氨酯还存在着反应活性高、对水敏感等缺点，因此对聚氨酯的改性——无论是环保问题上还是反应活性上，都显得尤为必要。

1. 针对聚氨酯树脂缺点的改进方法

对于有机化学存在的挥发性、有毒性等，在化学涂料的应用上，水性聚氨酯的发展非常之迅猛，即双组分水性聚氨酯的研究开发及其运用；对于聚氨酯难以降解的问题，可以对其进行改性，比如与改性天然高分子进行复合或者把主链设计为可降解型主链，以此达到可降解的目的^[3]；针对聚氨酯树脂反应活性高、对水敏感等问题，采用其与特定多元醇进行混合反应改性，研究多元醇混合比例、用量以及多元醇交联剂的种类和用量，来达到提升其性能的目的。

1. 聚氨酯改进原理

异氰酸酯因为其活泼的化学性能，可以与活泼氢迅速发生反应，用具有活泼氢物质可对其改性，异氰酸酯与一般活泼氢化合物反应的方程式如下：

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