高回弹聚氨酯泡沫扩链剂
在聚氨酯高回弹配方中使用高回弹聚氨酯泡沫扩链剂后,制得的聚氨酯泡沫,25%压陷硬度可达到210 N以上,超过使用50份POP 93/28的配方;抗拉伸强度达到215kPa,撕裂强度也达到231 N·m,高回弹聚氨酯泡沫扩链剂合成的聚氨酯远高于使用普通交联剂/扩链剂的高回弹泡沫;与普通高回弹泡沫相比,阻燃性也明显提高。
聚氨酯是由多异氰酸酯与多羟基化合物或聚合物进行反应而制得,通常是采用二元或三元异氰酸酯与多元醇或含有多元羟基的聚醚、聚酯、高回弹聚氨酯泡沫扩链剂反应制备。作为一种重要的高分子材料,聚氨酯材料以其优异的力学性能及结构特性,在各个领域都得到了广泛的应用。
聚氨酯的性能取决于链的化学组成、长度、刚性、交联程度以及链段间的相互作用,所以分析聚氨酯的链结构,找出其结构与性能之间的关系,就可以在合成聚氨酯时进行相应的结构设计,从而节省大量的人力物力。
但由于原料种类繁多,合成方式多样,加之聚合物本身结构的复杂性,给分析鉴定工作带来一定难度。而近年来由于现代仪器分析技术的广泛应用,使聚氨酯的定性分析更加快速、准确。
本研究建立了一种利用红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)分析聚氨酯弹性体的原料及其配比的方法:首先利用IR确定聚氨酯弹性体的大致类型(如属于聚醚型聚氨酯还是聚酯型聚氨酯,分子内部是否含有苯环等),然后利用1H-NMR定性分析聚氨酯弹性体的原料(异氰酸酯、聚醚(酯)多元醇、合成聚氨酯用扩链剂等),最后再利用1H-NMR积分面积之比分析聚醚(聚酯)的分子量以及各原料的配比。
本研究将聚四亚甲基醚二醇(PTMG)与4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)反应,得到聚氨酯弹性体样品,同时通过上述分析方法对其原料及配比进行分析。
产品名称:4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺),固化剂扩链剂MDEA
分子式:C21H30N2
分子量:310.49
CAS: 13680-35-8
4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺),固化剂扩链剂MDEA是优秀的聚氨酯(PU)扩链剂和环氧树脂(EP)固化剂。能改善制品的机械和动力学性能。此外也可以作为聚酰亚胺的先导化合物和有机合成的中间体。在PU领域M-CDEA适用于浇铸型弹性体(CPU)、RIM弹性体和喷涂聚脲、胶粘剂、弹性体泡沫和热塑性聚氨酯(TPU)。EP领域适用于加工、预浸料坯和化工防腐涂料。也可用作有机合成的中间体及聚脲树脂固化剂。
4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),分析纯; 聚四亚甲基醚二醇(PTMG),Mn=2000,羟值54~57 mgKOH/g;聚四亚甲基醚二醇(PTMG),Mn=1 000,羟值107~118 mgKOH/g;1,4-丁二醇(BDO),分析纯。
仪器与设备:红外光谱仪,NICOLET 6700;核磁共振波谱仪,DRX-400。
本研究采用两步法来合成聚氨酯弹性体,即首先将异氰酸酯与聚醚多元醇预聚,之后加入合成聚氨酯用扩链剂进行扩链。实验分别采用分子量为2 000 和1 000的PTMG,与MDI和BDO反应(物质的量比为MDI:PTMG:BDO=2:1:1),得到两种聚氨酯弹性体样品,记为样品I和样品II。
将PTMG于110℃真空脱水2 h备用。称取一定量的MDI加入三口烧瓶中,在氮气保护下加热至75℃熔化,机械搅拌0.5 h;按配比加入PTMG,升温至80℃,真空下搅拌1 h得到预聚体。
向预聚体中加入预定用量的扩链剂BDO,在真空下搅拌均匀(约3 min)后倒入已预热的聚四氟乙烯模具中,于80℃下固化30 h即可得到聚氨酯弹性体样品。
红外光谱(IR)分析:采用红外光谱仪对试样进行检测。扫描次数32,分辨率4 cm-1,测定区间400~4 000 cm-1。 核磁共振氢谱(1H-NMR)分析:将聚氨酯样品溶于氘代N,N-二甲基甲酰胺中,采用核磁共振波谱仪进行测试。
考察聚氨酯弹性体的原料及其配比,首先须从IR分析入手。其中3 319 cm-1处是—OH和仲酰胺的伸缩振动吸收峰,2 700~3 000 cm-1是烷基的碳氢振动吸收峰。
而1 529 cm-1处为仲酰胺的 “酰胺II峰”,即—C—N—H弯曲振动峰;1 309 cm-1处为仲酰胺的“酰胺III峰”,即包含C—N伸缩振动吸收和N—H弯曲振动吸收的混合峰,由这两个峰可以推测样品I中含有仲酰胺。
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