硬质多孔聚氨酯弹性体的制备与性能分析.doc

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1、硬质多孔聚氨酯弹性体的制备及性能研究韩艳薛英楠海蓉周青*（北京科聚化工新材料分析中心102200）摘要：采用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）、聚环氧丙烷三醇（PPG）合成预聚体，以3,3′-二氯-4,4′-二苯基甲烷二胺（MOCA）为固化剂，通过加入可膨胀聚合物微球制备低密度、高硬度、高模量的多孔聚氨酯弹性体。研究了硬段含量、2,4-MDI异构体组成、三醇含量以及微球用量对浇注弹性体力学性能的影响。采用SEM、DSC、DMA、力学测试等对材料进行表征，结果表明，增加硬段含量能显著增加材料拉伸强度、弹性模量、动态力学性能

2、等，但断裂伸长率同时降低，最佳硬段含量为44.3%；一定含量（如25%）的2,4-MDI可在保证材料力学强度的前提下可提高断裂伸长率；1.0%的微球引入量具有合适的表面硬度和断裂伸长率。关键词：聚氨酯；多孔；硬质弹性体；机械性能聚氨酯弹性体中，作为硬段的芳香族二异氰酸酯与二胺扩链剂具有较好的结晶性，有助于提高制品的机械强度和硬度，同时，作为柔性链段的无规聚合多元醇可以有效促使软硬段间发生“微相分离”，为材料提供足够的弹性[1]，独特的分子结构使其可以获得“强而韧”的材料。硬质聚氨酯弹性体由于具有高模量、耐撕裂、耐磨损、耐化学品、耐酸碱及良好的动态力

3、学性能[2]，使其在许多领域有广泛应用，如胶辊、实心轮胎、衬套轴承、密封圈等[3]。鉴于聚氨酯弹性体优异的综合性能，目前，光学玻璃多以硬质聚氨酯抛光垫进行研磨加工，使其具有更平滑的光学表面。该抛光垫材料表面具有均匀的微孔结构，在抛磨过程中，抛光垫主要起支撑硅片基材和负载抛光液的作用，因此，要求材料表面具备足够孔隙率的同时具有适宜的接触弹性、足够的表面硬度以及良好的稳定性[4～6]。目前，市场上抛光垫多为TDI型聚氨酯弹性体，而MDI分子相对TDI具有更好的结晶性和更高的反应活性，因此，有望获得综合力学性质优异的弹性体材料。本文针对抛光垫的性质与应用

4、要求，进行MDI型抛光垫配方和固化工艺的设计研究，以4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为硬段组分，采用预聚体法浇注制备聚氨酯弹性体。着重考察了硬段含量、2,4-MDI组成、三元醇用量以及微球用量对材料力学性能的影响，借以初步获得各因素对材料性能的影响规律，有助进一步的材料设计和研究，获得综合性能“强而韧”且具有一定表面孔隙率的聚氨酯弹性体材料。1实验部分1.1主要原料4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）及2,4-MDI质量组成分别为10%、25%、40%、50%的异氰酸酯，工业级，万华聚氨酯股份；聚四亚甲基醚二醇PTMEG（Mn=1000），

5、工业级，美国Invista公司；三官能度聚醚（Mn=5000），中石化天津石化公司聚醚部；MOCA，工业级颗粒，家港金秋聚氨酯；40μm可膨胀微球，荷兰AkzoNobel公司。原料预处理：多元醇经110℃真空脱水2～3小时，密封备用，使用前80℃烘化；MOCA在120℃烘化使用。1.2弹性体的制备1.2.1预聚体的合成依据各考察因素，设计、合成了不同配方的预聚体，如表1中A-1至C-4。依照上述配方将三元醇、烘化了的PTMEG、设计2,4-MDI组成的MDI依次加入三口烧瓶，搅拌均匀，缓慢升温至（80±5）℃，保温反应2～3h。以二正丁胺滴定法测定

6、NCO含量，当分析值接近设计值时，结束反应并出料，密封保存。1.2.2多孔弹性体的固化称取一定量预聚体，混入计量的可膨胀微球（如表1），60r/min搅拌均匀，真空脱气30min并60℃保温；待温度恒定后，加入计量（NCO/NH2=1:0.9）并熔化的MOCA固化剂，1min迅速搅拌均匀（约4000r/min），并计时；将胶液浇注到已预热并涂有脱模剂的模具中，待体系流动性开始变差时迅速合模；置于105℃烘箱固化30min，将模具取出，脱模，样片继续置于105℃烘箱熟化15h；所得硬质多孔弹性体室温放置一周后测试各项指标。表1预聚体配方及固化工艺试验

7、设计样品编号硬段含量/(wt)%2,4MDI/(wt)%三元醇/(mol)%微球用量/(wt)%A-131.10202.0A-2(C-2)44.30202.0A-3(D-3)53.40202.0B-1(C-1)44.3002.0B-244.31002.0B-344.32502.0B-444.34002.0B-544.35002.0C-344.30302.0C-444.30402.0D-153.40200.0D-253.40201.0D-453.40203.01.3仪器与性能测试场发射环境扫描电子显微镜（SEM），Quanta200F型，FEI公司；

8、差示扫描量热仪（DSC），822e型，瑞士MettlerToledo公司，氮气保护，升温速率10℃/min；动态力学仪（D