红外光谱法研究聚氨酯脲氢键

采用间苯二胺为扩链剂制备聚氨酯脲,研究其力学性能。随着硬段含量的增加,产物的硬度和强度均增加,而断裂伸长率下降。并用红外光谱法对氢键化程度进行表征,结果表明：随着硬段含量的增加,其脲羰基区氢键化程度增加。     

新型磺酸型扩链剂及其聚氨酯脲水乳液的制备及表征

用三羟甲基丙烷单烯丙基醚(TMPME)与亚硫酸氢钠进行自由基加成反应,合成出一种新型的磺酸型扩链剂三羟甲基丙烷单亚丙基醚磺酸钠(TMPMS),并将乙烯脲(EU)引入分子链中合成了磺酸型聚氨酯脲水乳液。结果表明,用TMPME、EU合成的磺酸型聚氨酯脲水乳液稳定性良好,临界固体质量分数可达到58.7%。其乳液成膜物的耐热性和力学性能都高于羧酸型扩链剂制得的水性聚氨酯脲。     

无溶剂聚氨酯脲结构及性能的研究

用二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)和聚氧化丙烯二醇反应制备异氰酸酯基(NCO)质量分数在8%～12%的5种预聚体,与聚天门冬氨酸酯F420反应,制备了5种聚氨酯脲膜样品,对其结构、力学性能及热稳定性进行研究。结果表明,聚氨酯脲的氢键化程度、拉伸强度和邵A硬度随着NCO含量的增加而增加,采用NCO质量分数为12%的预聚体制备的聚氨酯脲,氢键化程度最高为56. 5%,拉伸强度19. 44 MPa,邵A硬度95。该聚氨酯脲材料的热稳定性随NCO含量的增加而稍有提高。     

可再生原料为交联剂制备水性聚氨酯脲

以二苯基甲烷二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为硬段,聚氧化丙烯二元醇(GE210)为软段,乙二胺(EDA)为扩链剂,制备了具有良好分散性的阴离子水性聚氨酯脲(PUU)分散液。并用可再生的氧化玉米淀粉对其进行了交联改性。测试结果表明,加入氧化交联淀粉后,水性PUU分散液的表面张力增加,成膜后的力学性能得到改善。同时随氧化淀粉用量的增大,水性PUU膜的拉伸强度也逐渐增大。     

无助溶剂水性聚氨酯的制备及相关性能研究

以2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和1,4-丁二醇(BDO)为原料,制备了一种低熔点扩链剂(LMCE)。通过差示扫描量热和广角X射线衍射分析,研究了不同DMPA/BDO物质的量比对LMCE熔点和晶体结构的影响。以异佛尔酮二异氰酸酯和LMCE为硬段、分别以分子量为1 000、2 000和3 000的聚ε-己内酯二醇为软段,制备了一系列无助溶剂水性聚氨酯。通过粒径分析、差示扫描量热、动态力学分析和力学性能测试等,研究了所制备水性聚氨酯的结构与性能。结果表明:随着DMPA/BDO物质的量比的减小,LMCE的熔点逐渐降低,结晶度下降;随着软段分子量的增加,水性聚氨酯的乳液粒径先减小后增大,微相分离程度和软段结晶性提高;力学性能测试结果表明软段分子量的增加可以提高水性聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率。     

聚碳酸酯型水性聚氨酯的制备与性能研究

通过采用聚碳酸酯二醇CD2000、二羟甲基丙酸(DMPA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,制备出了透明的水性聚氨酯(WPU)。通过红外光谱仪、动态激光光散射仪和粘度计分别研究了聚氨酯的微相分离、DMPA含量对WPU粒径及粘度的影响,并进一步研究了NCO/OH比值和扩链系数对材料性能的影响。结果表明,随着DM-PA含量的增加WPU的粒径逐渐减小,而粘度呈现先减小后增加的趋势;随着NCO/OH比值的增加,薄膜微相分离程度愈大,断裂伸长率和弹性回复率逐渐降低,而拉伸强度先增加后减小;随着扩链系数的增加,拉伸强度和断裂伸长率呈现先增加后减小的趋势。     

聚醚型聚氨酯的氢键、微相分离及性能

用本体一步法合成了5种不同硬段含量(11.0％～46.9％)的二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯/环氧乙烷封端型聚环氧丙烷聚醚/乙二醇的聚醚型聚氨酯,并借助于IR,DSC,DMS和材料试验机等手段对该聚氨酯的氢键、微相分离及力学性能进行了表征。结果表明:随着硬段含量的增加,其>NH与微区中的>C=O的氢键化程度逐渐提高,软段微区中—O—的氢键化程度逐渐降低;微相分离程度逐渐提高;拉伸强度及硬度随之增加,扯断伸长率在硬段含量40％左右出现极大值。     

PTMG含量对梳形结构聚氨酯-脲微相分离及性能的影响

以聚四氢呋喃二醇(PTMG)为软段,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二胺(IPDA)为硬段,乙氧基封端聚乙二醇(N-120)为亲水剂,合成含侧链的梳形结构聚氨酯-脲乳液,并研究了PTMG含量对聚氨酯-脲微相分离及性能的影响。结果表明,材料的力学性能优异,当PTMG质量分数从58%逐步减少到32%时,材料的拉伸强度先增加后降低,伸长率下降,软段的玻璃化转变温度(T_g)从-52.7℃上升到-42.8℃,材料的初始分解温度从282.4℃下降到262.3℃,软硬段间的微相分离程度减小,储能模量增加。     

不同硬段含量聚天冬氨酸酯聚脲结构和性能研究

通过聚天冬氨酸酯、端氨基聚醚与脂肪族异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯三聚体/预聚物反应,合成了纯硬段聚脲和不同硬段含量的聚脲,并考察了硬段含量对聚脲的结构形态、动态力学性质和力学性质的影响。硬段含量为73%~50%的聚脲呈现微相分离的形态,随着硬段含量降低,软段和硬段相的混合程度提高,脲羰基的氢键化程度增加,NH基氢键键长增加,硬段玻璃化转变温度Tgh降低,软段玻璃化转变温度Tgs的变化幅度较小,微相分离程度降低。材料的拉伸强度、模量和硬度随着硬段增加而提高,弹性则随之降低。     

新型水性聚氨酯脲-丙烯酸酯复合乳液的制备与性能

以乙烯脲(EU)为新型扩链剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为硬段,聚四氢呋喃醚二醇(PTMG1000)为软段,先合成水性聚氨酯脲(PU-EU);然后利用互穿聚合物网络(LTPN)改性的方法将丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)在PU-EU乳液中共聚,利用乙二胺(EDA)与其交联,制备出具有核-壳结构的水性聚氨酯脲-丙烯酸酯复合乳液(PUEU/PA)。结果表明,PU-EU/PA复合乳液具有良好的耐热性、力学性能和较高的硬度,形成了具有化学交联的核-壳互穿网络结构聚合物。     

硬段含量对水性聚氨酯氢键化程度的影响

以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG-2000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、乙二醇(EG)、二羟甲基丙酸(DMPA)和乙二胺(EDA)为原料合成了不同硬段含量的水性聚氨酯(WPU).对FT-IR图谱中氨基与羰基区进行分峰处理,研究硬段含量对氢键化程度的定量影响,利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)研究了硬段含...     

软段分子量对氨纶的微相分离程度与拉伸性能的影响

分别采用分子量为1 400,1 800,2 200,2 600,3 000的不同聚四亚甲基醚二醇和4,4'–二苯基甲烷–二异氰酸酯反应,得到预聚体,用N,N–二甲基乙酰胺作为溶剂配制34.5%的预聚体溶液,后用乙二胺/丙二胺混合物扩链,制成纺丝原液。然后采用溶液干法纺丝得到5种氨纶样品,利用傅立叶变换红外光谱分析仪测试分析了上述样品的氢键化程度,再采用小角X射线系统和动态力学分析仪研究了软段分子量对氨纶的微相分离程度的影响,最后选择万能材料试验机测试其拉伸性能。结果表明:随着软段分子量增加,硬段含量减少,氨纶的氢键化程度、微相分离程度和断裂强力均为先增大后减小,在分子量为2 200时达到最大值;同时,断裂伸长率先减小后增大,在分子量为2 200时为最小值。     

软段含量对丁羟聚氨酯脲动态力学和压缩性能的影响

以羟基聚丁二烯(HTPB)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和3,5-二甲硫基甲苯二胺(E-300)为原料,制备了不同软段含量的丁羟聚氨酯脲(HTPB-PUA)弹性体,通过拉伸、动态力学分析、平衡溶胀以及压缩永久形变等测试研究了HTPB-PUA的软段比例对其交联度、动态力学性能与压缩性能的影响。结果表明,HTPB-PUA随软段含量增加,交联密度下降,拉伸强度降低,对模量变化的影响不明显。压缩永久形变性能随软段含量增加而降低,回弹能力增强。     

PDA型PUR弹性体的制备与性能

以聚己二酸二乙二醇酯二醇(PDA)为软段,4,4′–二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4–丁二醇(BDO)为硬段,采用预聚体法制备一系列PDA型PUR弹性体。采用力学性能测试、广角X射线衍射(WAXD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热(DSC)、热重(TG)分析和维卡软化点温度测定等研究手段,研究硬段含量对其力学性能、微观形态和热性能的影响。结果表明,随着硬段含量的增加,PDA型PUR弹性体的硬度、拉伸强度、300%定伸应力、拉伸永久变形和撕裂强度都增大,当硬段含量为40.1%时,弹性体的综合力学性能最佳,硬度(邵A)为88,拉伸强度为33.9 MPa,300%定伸应力为12.5 MPa,拉伸永久变形为31%,撕裂强度为90.3 k N/m;WAXD分析表明,弹性体为无定型结构;FTIR分析表明,硬段含量的增加使弹性体总的氢键化程度增加,微相分离程度改善;DSC测试表明,硬段含量的增加使弹性体的微相分离程度提高;TG和维卡软化点温度测试表明,弹性体的热性能随着硬段含量的增加而提高,当硬段含量为40.1%时,弹性体的初始分解温度(失重5%的温度)和维卡软化点温度分别达到324.5℃和144.1℃,具有较好的热性能。     

硬段对聚酯型聚氨酯弹性体微相分离的影响

以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、乙二醇(EG)、1,4-丁二醇(BDO)和1,6-己二醇(HD)等为主要原料,采用预聚体法制备了一系列热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。通过对TPU流变性能、结晶性能、硬度与力学性能的研究,考察了不同扩链剂及不同硬段含量对TPU体系内部微相分离的影响。结果表明,HD-TPU与BDO-TPU微相分离情况相当,均大于EGTPU,且HD-TPU具有较好的结晶性能、拉伸强度及断裂伸长率;随TPU体系硬段含量增加,硬度和拉伸强度增加,断裂伸长率减小,相分离发生越早越快,结晶熔融温度越高,但相分离程度并不高。     

聚酯型聚氨酯乳液的合成及性能

以异佛尔酮二异氰酸酯（ IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）和聚己二酸 1,4-丁二醇酯二醇（ PBA）为主要原料制备系列水性聚氨酯乳液（ WPU）。采用红外光谱仪、差式扫描量热仪、 X-射线衍射仪、电子拉力机等对 WPU进行结构表征;为了从聚集状态上对聚氨酯结晶性有更深层次的探究,对 WPU进行了定伸情况下的测试。结果显示：随着硬段含量的增加,硬段 -软段间的氢键相互作用减小,微相分离程度增加,结晶性能降低;随着伸长率的增加,氢键相互作用和结晶性能都表现出先减小后增大的趋势。当硬段含量为 14. 73%时,聚氨酯胶膜拉伸强度达到 40. 11 MPa,剥离强度为 93. 7 N/（25 mm）。     

Thermoplastic polyurethane–urea elastomers with superior mechanical and thermal properties prepared from alicyclic diisocyanate and diamine

High-performance thermoplastic polyurethane (TPU) elastomers have long been the objective of numerous studies. In this work, thermoplastic polyurethane–urea (TPUU) elastomers with balanced superior mechanical and thermal properties, in comparison with the rare cases of high-performance TPU/TPUU elastomers with super-high tensile strength, were synthesized by the reaction of polycarbonate diols with excess alicyclic isophorone diisocyanate, followed by the chain extension of alicyclic isophorone diamine. When the content of hard segment was around 47%, the TPUU elastomer had super-high tensile strength of 51.7 MPa, initial elastic modulus of 698 MPa and elongation at break of 480%. The temperature range of this TPUU elastomer's rubbery state was up to 120°C with storage modulus above 200 MPa, and its rubbery flow state reached 200°C where the storage modulus was still as high as 100 MPa. Fourier transform infrared spectroscopy analysis indicated the presence of strongly hydrogen bonded urethane and urea groups in these TPUU elastomers. Atomic force microscopy and differential scanning calorimetry studies demonstrated significant and nearly perfect microphase separation in these TPUU elastomers when the hard segment content was around or below 47%. These noncrystalline TPUU elastomers could be thermally processed or processed in the form of a solution.     

Microphase separation and mechanical properties of the polyurethanes based on the high soft segment poly(bis‐azidomethyl oxetane)/tetrahydrofuran binder

The correlation of diisocyanate structure with hydrogen bonding and microphase separation and further their influence on mechanical property was investigated in high soft segment (about 90 wt%) energetic poly(bis‐azidomethyl oxetane/tetrahydrofuran) polyurethane binder. The hydrogen bonding analysis from Fourier transform infrared spectroscopy demonstrated that the limited intersegmental hydrogen bonding can occur in the hard domain, and small‐angle X‐ray scattering results also showed that the absence of high‐order peaks in synthesized high soft segment polyurethanes. However, coplanar and symmetric diisocyanate and its inner benzene ring are favorable to ordered arrangement of hard segment, and further mircophase seperation enhance the tensile strength. POLYM. ENG. SCI., 59:724–729, 2019. © 2018 Society of Plastics Engineers     

Effect of chain extender on microphase structure and performance of self-healing polyurethane and poly(urethane-urea)

In this work, four aliphatic chain extenders, hexanediol (HDO), hexane diamine (HDA), cystamine (CY), and cystine dimethyl ester (CDE), were chosen to synthesize four kinds of polyurethane and poly(urethane-urea)s (PUs), respectively. HDO extended polyurethanes, HDA extended poly(urethane-urea), CY extended poly(urethane-urea), and CDE extended poly(urethane-urea) were denoted as OPU, APU, CPU, and SPU, respectively. The effect of chain extender type on microphase structure and performance of four PUs was investigated. Our research showed that mechanical strength increased in the following order: OPU < SPU < CPU < APU, and self-healing performance increased in the opposite direction. This result is attributed to the increasing degree of microphase separation: OPU < SPU < CPU < APU. The optimal sample SPU has not only excellent mechanical properties (tensile strength of 27.1 MPa and elongation at break of 397.7%), but also exhibits superior self-healing performance (self-healing efficiencies of 95.3% and 93.5% based on tensile strength and elongation at break). The moderate degree of microphase separation between the soft segments and the hard segments, the introduction of disulfide bonds and low degree of hydrogen bonding are responsible for preparing a polyurethane or poly(urethane-urea) system with high mechanical strength and excellent self-healing performance simultaneously. This work provides useful information for us to develop self-healing polyurethane or poly(urethane-urea) materials in the future.