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摘 要

本文从不同分子量的聚醚多元醇、不同扩链剂、不同异氰酸酯等方面对聚氨酯弹性体的制备和各个性能进行研究，同时利用红外、热重（TG）分析、力学性能等测试方法考察了不同因素对聚氨酯弹性体的影响。由本实验可知：聚丙二醇（PPG）相对分子质量3000，扩链剂一缩二乙二醇（DEG）和二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）制备的聚氨酯弹性体力学性能都比较好。

关键词：聚氨酯弹性体，分子量，性能，扩链剂

Abstract：In this paper, polyurethane elastomers with different molecular weights, different chain extenders, different isocyanates and other aspects were studied in terms of preparation and properties of polyurethane elastomers. Infrared, thermogravimetric (TG) analysis, mechanical properties, and other test methods were used to examine the differences. Factors affect the polyurethane elastomer. From this experiment, it can be known that the relative molecular weight of polypropylene glycol (PPG) is 3000, and the mechanical properties of polyurethane elastomers prepared from chain extender-diethylene glycol (DEG) and diphenylmethane diisocyanate (MDI) are relatively good.

Keywords：polyurethane elastomers,molecular weight,properties,chain extenders

目录

1 前言 3

1.1 聚氨酯弹性体的简介 3

1.2 聚氨酯弹性体的结构 3

1.2.1 氢键 3

1.2.2 软段 3

1.2.3 硬段 3

1.2.4 微相分离 3

1.2.5 交联 4

1.3 聚氨酯弹性体的合成办法 4

1.3.1 一步法 4

1.3.2 预聚体法 4

1.3.3 半预聚体法 4

2 实验部分 4

2.1 试剂及仪器 4

2.2 聚氨酯弹性体的制备 5

2.2.1 制备预聚体的步骤 5

2.2.2 －NCO含量的测定 5

2.2.3 聚氨酯弹性体的制备 6

2.3 聚氨酯弹性体的测试内容 6

2.3.1 FTIR分析 6

2.3.2 TG分析 6

2.3.3 力学性能测试 6

3 结果与分析 6

3.1 红外光谱的结果与分析 6

3.2 TG结果与分析 7

3.3 力学性能测试的结果与分析 7

3.3.1 不同分子量的PPG对聚氨酯弹性体的力学性能的影响 7

3.3.2 不同扩链剂对聚氨酯弹性体的力学性能的影响 8

3.3.3 不同异氰酸酯对聚氨酯弹性体的力学性能的影响 8

结 论 9

参 考 文 献 10

致 谢 11

1 前言

1.1 聚氨酯弹性体的简介

聚氨酯（PU）弹性体^[1]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^[2]连接在主链上。聚氨酯弹性体的结构包含硬段和软段。聚氨酯弹性体又是一种特殊的材料，因为合成它的原材料众多，所以应用范围宽泛，因此我们会发现聚氨酯弹性体具有很多优异性能，比如高弹性、高硬度、高延伸率、高耐磨性、热稳定性等。

1.2 聚氨酯弹性体的结构

因为合成聚氨酯弹性体的原料众多，所以它的结构极其复杂，除含有氨基甲酸酯基外，还可以含有其他一些基团。

1.2.1 氢键

氢键存在于含电负性较强的氧原子、氮原子和含氢原子的基团之间^[3]，存在于硬段间的氢键会有利于硬段的取向，而存在于硬、软段之间的氢键会使硬段分散在软段中，前者有利于微相分离，后者对于微相分离效果不明显^[4]，因此体系的微相分离的程度会在一定程度上直接受到氢键含量多少的影响^[5]。

1.2.2 软段

多元醇化合物在预聚体中构成软段部分，为高弹态，本实验主要采用聚醚多元醇。聚醚多元醇分子链上由醚键组成，其易旋转，得到的产品柔顺性较好且耐低温，耐水解。大比例的软段对试样弹性和拉伸性能有一定影响^[6]。

1.2.3 硬段

多异氰酸酯在聚氨酯预聚体中构成硬段部分，为结晶态，本实验采用的MDI和甲苯二异氰酸酯（TDI），它们的结构中存在苯环，正是由于苯环极性^[7]作用的存在使得材料性能优良，但产品长时间放置或暴晒后易黄变而使美观效果降低。

1.2.4 微相分离

因为软段和硬段在热力学上是不相容的，所以各个硬段之间以分子间作用力紧密的连接在一起，形成不连续的相，软硬段之间会更容易发生相分离，硬段会分散于软段中形成微相分离现象^[8]。为了探究制得的聚氨酯弹性体是否会出现此现象，本实验采用红外和热重分析对其结构进行表征。

1.2.5 交联

进行适量的交联有利于提高试样的硬度、伸长率等。一般进行交联的方法有两个，第一个是加入适量的扩链剂，第二个是过量的异氰酸酯与脲基反应形成缩二脲。

1.3 聚氨酯弹性体的合成办法

1.3.1 一步法

该方法是将聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂与催化剂一次性加入，然后搅拌均匀后直接倒入模具，在一定温度下固化，此方法能够节约时间和成本，但样品性能不够优异。

1.3.2 预聚体法

这种方法开始先将异氰酸酯和多元醇在一定条件下反应生成预聚体，生成的预聚体必须要密封保存，因为预聚体不稳定，然后将预聚体与二醇或多胺类扩链剂反应生成嵌段聚氨酯，这种方法生成的聚氨酯弹性体排列比较工整，性能比较优异，这是比较常用的方法。

1.3.3 半预聚体法

此方法跟上述预聚体法的方法比较相似，开始先将一部分聚醚多元醇与异氰酸酯反应，然后根据异氰酸根指数，加入剩余的聚醚多元醇与扩链剂和催化剂反应生成聚氨酯弹性体，此方法制备的聚氨酯弹性体粘度不大。

2 实验部分

2.1 试剂及仪器

实验主要试剂和仪器如表2.1、2.2所示。

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