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1、第21卷 第2期北京理工大学学报Vol.21No.22001年4月JournalofBeijingInstituteofTechnologyApr.2001文章编号:100120645(2001)0220260206IPDI基热塑性聚醚聚氨酯弹性体的形态结构与性能陈福泰, 多英全, 李晓萌, 周贵忠, 罗运军, 谭惠民(北京理工大学化工与材料学院,北京 100081)摘 要:采用熔融预聚二步法合成了以环氧乙烷2四氢呋喃无规共聚醚为软段,异佛尔酮二异氰酸酯和1,42丁二醇为硬段的热塑性聚氨酯弹性体(TPU),利用DSC,
2、DMA,TEM,WAXD对聚合物的形态结构进行了表证,并测试了力学性能Z结果表明,聚合物具有典型的微相分离特征,随着硬段含量的增加,微相分离程度增加,拉伸强度也随着增加,而延伸率却有降低的趋势ZWAXD分析表明,所有TPU均不存在明显的结晶形态Z当硬段含量为45%～50%时,聚合物的综合性能达到最优Z关键词:热塑性聚氨酯弹性体;微相分离;形态;热分析中图分类号:O631文献标识码:A热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种由硬段和软段交替组成的具有优良的物理机械性能的(A2B)n型线型多嵌段聚合物,其优良的宏观性能是受其特殊
3、的微观结构控制的Z许多研究[1,2]者对热塑性聚氨酯弹性体的结构和性能关系进行了深入系统的研究,但其研究范围一般局限在以二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和小分子二元醇为硬段,以聚四氢呋喃醚二醇(PTMO)、聚环氧丙烷醚二醇(PPO)等大分子二元醇为软段的热塑性聚氨酯弹性体,而对以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和小分子二元醇为硬段、环氧乙烷2四氢呋喃无规共聚醚为软段的TPU的研究报导很少Z[3]研究表明以环氧乙烷2四氢呋喃无规共聚醚为软段的TPU具有优异的低温力学性能Z基于对低温力学性能的特殊要求,
4、作者利用熔融预聚二步法合成了以环氧乙烷2四氢呋喃无规共聚醚为软段,异佛尔酮二异氰酸酯和1,42丁二醇为硬段的热塑性聚氨酯弹性体,并利用力学性能测试、示差扫描热法(DSC),透射电子显微镜(TEM),动态力学性能测试(DMA),广角X射线(WAXD)分析等方法研究其结构和性能的关系Z1 实验部分111 原 料环氧乙烷ö四氢呋喃共聚醚(P(E2Co2T),简称PET):由黎明化工研究院提供,数均相对收稿日期:20000529基金项目:国家“863”计划项目作者简介:陈福泰(1974-),男,博士生;谭惠民(1936-),男
5、,教授,博士生导师Z 第2期陈福泰等:IPDI基热塑性聚醚聚氨酯弹性体的形态结构与性能261分子质量Mn=4850,羟值(每克样品中含OH的质量)为21191g,链节EOöTHF的量比为50ö50,平均官能度为2,在90℃下真空干燥2h后使用;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI):德国Huls公司提供,纯度>9919%;1,42丁二醇:分子筛脱水,重新蒸馏后使用Z采用熔融预聚二步法合成热塑性聚氨酯弹性体,预聚温度90℃,扩链温度110℃Z112 性能测试力学性能测试 采用Instron26022型万能材料试验机测试拉伸强度、
6、延伸率和模量,拉伸速率为100mmömin,测试温度293KZ示差扫描量热法(DSC)分析 在PE公司的DSC27型示差扫描量热仪上进行DSC分析,升温速率20KöminZ动态力学性能测试(DMA) 在PE公司的DMA27型热分析仪上测试其动态力学性能,升温速率为2KöminZ电子透射显微镜(TEM)分析 在HITACHI公司的H2800型透射电子显微镜上观察,超薄切片,OsO4蒸汽染色015hZ广角X射线(WAXD)分析 在日本Rigaku公司的Dömax22400型全自动X射线衍射仪上进行WAXD分析Z2 结果与讨
7、论211 力学性能力学性能是决定材料能否得到实际应用的一个重要指标Z热塑性聚氨酯弹性体的力学性能与硬段微区的形态、大小、含量以及微区内分子间的相互作用有密切关系Z作者对所合成的不同硬段含量的TPU,采用Instron拉伸实验机进行测试,测试结果如表1所示Z表1 不同硬段含量TPU的力学性能和玻璃化转变温度样品whö%RmöMPaEmö%RböMPaEbö%tgö℃PET35355168561190>600-67PET40406107803149>600-69PET4545>9192>600>9192>600-69PET
8、5050>16160>600>16160>600-71PET55551918041519180415-71PET606023140742314074-72从表1中可以看出,随着硬段含量(wh,即二异氰酸酯和扩链剂占TPU的质量分数)的增加,TPU的抗张强度不断增大,断裂伸长率则有降低的趋势Z这是由于硬段的填料增强效应和材料的组成变
