论文总字数：12252字

摘 要

本实验通过改变预聚体中游离-NCO含量调节聚氨酯分子软硬段含量来探寻最佳性能的聚氨酯制品。同时在此基础上加入无机粒子，分析其影响。在 70℃水浴条件下反应2小时制得预聚体，再加入BDO搅拌反应固化12h后，对聚氨酯弹性体拉伸强度测试、硬度测试、红外光谱分析测试、接触角测试。经实验结果表明：随着游离硬段含量的增加，拉伸强度和疏水性先随之增强，到9%含量时达到最大值，后又降低；断裂伸长率随游离-NCO所占预聚体比例的升高而降低，制品的硬度随之增强；加入炭黑后，制品的硬度和拉伸强度与无炭黑的照组相比明显加强，同时随含量的增多而增强，接触角也随之减小，说明疏水性降低。

关键词：预聚体法 聚氨酯弹性体 力学性能

Preparation of polyurethane elastomer by prepolymer method

Abstract

In this study, the best performance of polyurethane was investigated by changing the content of soft and hard segments of polyurethane molecules by changing the content of different free -NCO. At the same time on the basis of adding inorganic particles, to analyze its impact. The reaction was carried out under the condition of 70 ℃ water bath for 2 hours to prepare the prepolymer. After adding the BDO stirring reaction for 12 h, the tensile strength test, hardness test, infrared spectroscopy test and contact angle test were carried out on the polyurethane elastomer. The results show that with the increase of free -NCO content, the tensile strength and hydrophobicity increase with the increase of -NCO content, and then decrease to 9%, and then decrease. The elongation at break decreases with the increase of the proportion of free-NCO prepolymer, and the hardness of the product increases. After adding carbon black, the hardness and tensile strength of the product are obviously strengthened compared with the group without carbon black, and the content of the contact was increased with the increase of the content, and the hydrophobicity Reduced sex.

Key words: prepolymer method polyurethane elastomer mechanical properties

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 I

第一章 文献综述 3

1.1.1聚氨酯弹性体的研究背景 3

1.1.2聚氨酯弹性体定义 3

1.1.3聚氨酯弹性体的特点 3

1.1.4聚氨酯弹性体的应用 3

1.1.5聚氨酯弹性体的加工方法 4

1.1.6预聚法制备聚氨酯弹性体的实验方法 5

1.1.7聚氨酯弹性体的研究进展 5

1.2复合材料 6

1.2.1复合材料的特点 6

1.2.2添加无机粒子对聚氨酯性能的影响 7

1.3本论文研究目的和内容 7

第二章 实验部分 9

2.1试验原料 9

2.2试验设备 9

2.3试样的制备 9

2.4实验流程图 10

2.5实验配方设计 10

2.5.1异氰酸酯用量的计算 10

2.5.2扩链剂(BDO)的计算 11

2.5.6实验设计方案 11

2.6聚氨酯弹性体测试分析方法 12

第三章 结果与讨论 13

3.1不同含量游离-NCO对制品力学性能的影响 13

3.2不同含量游离-NCO对弹性体性能的影响 14

3.3红外光谱分析结果 15

3.4接触角测试 15

第四章 结 论 17

参考文献 18

致 谢 20

文献综述

1.1聚氨酯弹性体

1.1.1聚氨酯弹性体的研究背景

聚氨酯弹性体的性能优良，可替代的材料相对较少，其加工制备方法可操控性较好，同时其加工方法多种多样，可采用各类工艺进行生产，满足各领域对其制品的相关要求。除却传统的一步法，更多的采用预聚体法，各类预聚体材料品种更丰富了聚氨酯制品的性能。有似预聚体、半预聚体、醇预聚体、复合预聚体等。此类预聚体既满足当代化工发展中环保的理念，又经济适用。^[1]同时，由于聚氨酯较为特殊的嵌段结构，在预聚体系统中，几乎所有的预聚体分子都有-NCO封端，规整度较高，同时可以采用改变预聚体中游离-NCO的含量来调控其中软段和硬段的比例，从而改变其宏观的性能，满足性能的要求。^[2]

近年来，我国自主创新能力逐步提高，聚氨酯弹性体的合成原料自主研发生产的比例日益提高，不再被动依赖进口，同时吸引外资，逐步改进生产核心设备，提倡鼓励自主创新，从而减低了聚氨酯弹性体的研发生产成本，使得该优质的材料得以广泛运用，同时国内强大的需求量推动其产业迅猛发展。^[3]

1.1.2聚氨酯弹性体定义

聚氨酯弹性体是一类同时具备塑料和橡胶等材料综合优点的嵌段共聚物。^[4]

1.1.3聚氨酯弹性体的特点

聚氨酯弹性体除了具备高耐磨性、耐油性、回弹性极佳等，同时仍具有吸震、耐油，负载支撑容量大等特性。^[5]

1.1.4聚氨酯弹性体的应用

聚氨酯弹性体几乎渗透入生活、化工、机械、航天、等方方面面。^[6]中国乃至世界对聚氨酯弹性体的需求以日剧增，如汽车前方的保险杠、泵的内衬、轧钢的滚筒等材料要求只有聚氨酯弹性体能较好满足其性能要求，与同类型另外的制品相比可以节约更多制造成本。^[7]由于其较好的耐油性能以及耐高压性，亦可以制成各类密封件、缓冲减震带、胶棒等各类较小的精密件。随着现代生活品质要求的急剧提升，房屋装潢也是不可忽视的一大领域，地面的板砖材料各式各样，但各类板材品质良莠不齐，许多重金属氧化物被掺杂入地板砖等地面装饰材料，其放射性对人体造成极大危害；同时塑料制的塑性地板由于大量增塑剂的存在，极大得影响了人们日常生活的健康。^[8]聚氨酯弹性塑胶地板很好的解决了上述问题，其优越的减震和回弹性能增加了行走的舒适度。同样的，聚氨酯弹性体已广泛并且成功的应用于高品质跑道及健身场所，拥有优异的减震性能，同时很好的保障了运动员和健身者的健康安全。^[9]同时其耐油、耐磨、耐老化等特点极大地保证了其较高的性价比，在此基础上可以根据不同环境条件要求随时加入不同的无机粒子或工艺方法进行改性增强其摩擦及耐老化性能。最为重要的是，聚氨酯弹性塑胶地板更符合当代人绿色环保的价值取向。^[10]

1.1.5聚氨酯弹性体的制备方法

制备方法分一步法和预聚体法。一步法是将计算称量完成的原料一次性加入容器搅拌脱泡继而反应固化形成聚氨酯制品，两步法是先将多元醇与过量的异氰酸酯在一定水浴温度下搅拌生成预聚物，再加扩链剂等脱泡固化最终形成聚氨酯制品。一步法步骤较为简易，只需将异氰酸酯、多元醇、扩链剂等直接搅拌脱泡固化制得聚氨酯制品，但比较容易发生交联等副反应，无法保证规整性。预聚法反应步骤较多，但由于制备的预聚物多以-NCO封端其分子链的规整度相对于前者会更高，表征性能相对更为优异。^[11]

聚氨酯弹性体制品的加工方法主要有：浇注型、热塑型和混炼型，浇注法是最广泛的制备方法。热塑型聚氨酯弹性体制品正常情况下很少需要进行硫化交联，可以最大限度减少其生产周期及成本。^[12]同时，聚氨酯较规则的线性结构可以保证其物料能够循环利用，更符合绿色环保的工业原则要求。混炼型聚氨酯可以制作邵尔A硬度50~95的制品，但硬度55~75（邵尔A）的弹性体性能较好，适合用传统橡胶加工工艺制作小型磨牙制品，可用乙酸乙酯等作溶剂配置胶浆来制作涂布制品，也事宜制作薄壁或薄膜制品。^[13]目前其产量远小于浇注型和热塑型弹性体，发展还有放慢的趋势。

1.1.6预聚法制备聚氨酯弹性体的实验方法

实验方法

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