扩链剂体积及顺反结构对热塑性聚氨酯弹性体结构与性能的影响

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1、分类号：____________O64密级：______________公开ＵＤＣ：____________544单位代码：______________11646硕士学位论文论文题目：扩链剂体积及顺反结构对热塑性聚氨酯弹性体结构与性能的影响学号：_________________________1511072322郭亚倩姓名：_________________________物理化学专业名称：_________________________学院：_________________________材料科学与化

2、学工程学指导教师：_________________________张若愚研究员_________________________李星教授论文完成单位：中国科学院宁波材料技术与工程研究所论文提交日期：2018年6月25日AThesisSubmittedtoNingboUniversityfortheMaster’sDegreeTheinfluenceofvolumeandcis-transstructureofchainextendertostructureandpropertyofthermalplasti

3、cpolyurethaneelastomerCandidate：GuoYaqianSupervisors：ProfessorZhangRuoyuProfessorLiXingFacultyofMaterialScience&ChemicalEngineeringNingboUniversityDate:June25,2018扩链剂体积及顺反结构对热塑性聚氨酯弹性体结构与性能的影响摘要对于热塑性聚氨酯弹性体而言，在较大的拉伸应变下尺寸稳定性和回复能力主要取决于微结构的稳定性。但是以往的研究中往往忽略了聚氨酯的多

4、尺度结构特征，聚氨酯多层结构的性质几乎从未被涉及到，氢键类型、硬段堆叠方式、微相分离程度和硬相区间距等因素共同决定了聚氨酯弹性体的宏观性能。由于这些微结构稳定性受众多因素的影响，在较大拉伸应变下其破坏行为也各不相同。本研究采用多尺度的研究方法研究了扩链剂体积和顺反结构对热塑性聚氨酯弹性体（Thermalplasticpolyurethane,TPU）结构与性能的影响。首先，以对苯二异氰酸酯（PPDI）为硬段，聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）为软段，选取四种扩链剂1,3-丙二醇（PDO），2-甲基-1,3-丙二醇（

5、MPO），2,2-二甲基-1,3-丙二醇（NPG）和2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇（CBDO）来分别合成模型聚氨酯PDO-PU，MPO-PU，NPG-PU和CBDO-PU。根据计算机模拟结果，这四种扩链剂的氧原子间距相差不大，但扩链剂体积随甲基个数增加而增加。所合成的热塑性聚氨酯微相分离程度随扩链剂体积增加而下降。除了CBDO-PU外，其余三种TPU的机械性能均随扩链剂体积变化而规律变化。在所进行的拉伸断裂破坏性试验中，通过傅里叶红外光谱（FTIR）研究了在该过程中氢键状态的变化，随扩链剂体积增加，

6、氢键状态稳定性下降，但是CBDO-PU维持氢键状态稳定的能力与PDO-PU相当。通过小角X光散射（SAXS）研究了在拉伸破坏前后TPU中相区变化情况，除了CBDO-PU由于散射图案模糊不能明确判断外，随扩链剂体积增加，其余三种TPU的相区稳定性越来越好，该规律也与宏观回复性变化规律一致。这些不同尺度的变化规律可能与在单分子力谱测试中所得到的聚氨酯分子链的性质有关，随扩链剂体积增加，TPU分子链的库恩链段弹性系数从2400pN·nm-1下降到1700pN·nm-1，库恩链长从3.9nm增加到6.5nm，说明TP

7、U分子链的刚性不断增加。对于CBDO-PU来说，库恩链段弹性系数为2600pN·nm-1，库恩链长为4.2nm，这可能与CBDO分子中刚硬四元环结构有关。-I-在此工作基础上，我们采用重结晶法分离CBDO顺反异构体混合物，得到纯度99%以上的顺式CBDO和反式CBDO。以PPDI为硬段，PTMG为软段，顺式CBDO含量分别为0%，20%，40%，60%，80%和100%的顺反异构混合物为扩链剂制备出六种模型聚氨酯。主要研究了扩链剂顺反式含量对结晶性能、宏观机械性能和拉伸以及拉伸后相区结构变化的影响，实验结果与

8、之前猜想聚氨酯性能和结构随扩链剂中顺式含量变化而规律变化矛盾。主要原因有两点：一是所合成样品分子量和实际硬段含量整体偏低，造成样品宏观机械性能较差；二是由扩链剂结构导致的，扩链剂中四个甲基的空间位阻较大，不利于聚氨酯硬段相互堆叠，硬段相结合力差，材料受到外力时比较容易受到破坏。关键词：热塑性聚氨酯弹性体，扩链剂，氢键，相区结构。-II-Theinfluenceofvolumeandcis-trans