聚氨酯泡沫塑料的擴(kuò)鏈劑
常用的聚氨酯泡沫塑料的擴(kuò)鏈劑有二胺和二醇,聚氨酯泡沫塑料的擴(kuò)鏈劑與異氰酸酯反應(yīng)后分別形成氨酯鍵硬段和脲鍵硬段。
聚氨酯彈性體微相分離的驅(qū)動(dòng)力是由于軟、硬段之間的熱力學(xué)不相容性,而熱力學(xué)相容性與軟、硬段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是密切相關(guān)的。影響微相分離的因素主要有聚氨酯泡沫塑料的擴(kuò)鏈劑、硬段及其含量、氫鍵等。
由于脲鍵硬段與聚醚軟段之間溶解度參數(shù)的差異要大于氨酯鍵硬段與聚醚軟段,因此聚脲硬段與聚醚軟段有更大的熱力學(xué)不相容性,因而阻止了軟、硬段之間的混合;而且由于脲鍵增強(qiáng)了硬段之間的相互作用,使得聚氨酯脲比聚氨酯有更好的微相分離。聚氨酯彈性體是一類重要的熱塑性彈性體,微相分離結(jié)構(gòu)能顯著影響其性能。
聚氨酯泡沫塑料的擴(kuò)鏈劑的不同不僅決定了硬段的類型,也影響其高溫性能。與聚氨酯硬段相比,脲鍵硬段的玻璃化溫度Tgh及熔化溫度Tm較高。即使同一類擴(kuò)鏈劑,其結(jié)構(gòu)不同,對(duì)彈性體性能的影響也是不同的。
可以采用加入微相分離促進(jìn)劑和離子化的方法來改善聚氨酯彈性體的微相分離,提高其物理性能。
聚氨酯彈性體在復(fù)合固體推進(jìn)劑中有著廣泛的應(yīng)用前景,控制適當(dāng)?shù)奈⑾喾蛛x程度可以顯著改善和提高推進(jìn)劑的力學(xué)性能。
制備穩(wěn)定的PU乳液主要是通過自乳化法,其關(guān)鍵是在聚氨酯的分子骨架中引入親水基團(tuán)。
親水基團(tuán)是通過親水單體擴(kuò)鏈劑擴(kuò)鏈而進(jìn)入PU分子骨架的,它由成鹽基團(tuán)和成鹽試劑組成。
根據(jù)親水基團(tuán)的類型用該法制得的水性PU乳液可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型4種,親水單體擴(kuò)鏈劑合成聚氨酯中以陰離子型占主導(dǎo)地位。
聚四亞甲基醚二醇雙對(duì)氨基苯甲酸酯,P1000類產(chǎn)品與美國的740M結(jié)構(gòu)相類似,屬于同系列化合物,740M已被美國FDA批準(zhǔn)可用于食品藥品接觸場(chǎng)合,P-1000亦應(yīng)為無毒產(chǎn)品,使用時(shí)不會(huì)對(duì)工作場(chǎng)所和周圍人群造成威脅。
聚四亞甲基醚二醇雙對(duì)氨基苯甲酸酯(P1000)性能及用途:
聚四亞甲基醚二醇雙對(duì)氨基苯甲酸酯,P1000為液體,因此可在室溫下與預(yù)聚體混合,澆注和硫化,它可作為TDI和MDI體系的擴(kuò)鏈劑,也可作為環(huán)氧樹脂固化體系的柔性改性劑。應(yīng)用領(lǐng)域包括澆注、涂料、黏合劑、密封劑和噴涂體系,由于它的易加工性,決定了它特別適用于現(xiàn)場(chǎng)加工。XYLINK P-1000的室溫硫化體系與MDI/二醇熱硫化體系相比,不僅操作工藝簡(jiǎn)單,而且性能優(yōu)于后者。另外在室溫下硫化所得到的彈性體的收縮率低,這也是該擴(kuò)鏈劑的一大特點(diǎn)。
自乳化型PU乳液的制備工藝有很多種,制備方法主要分為丙酮法、預(yù)聚物分散法、熱熔法、酮亞胺/酮連氮法,其共同特點(diǎn)是首先制備相對(duì)分子質(zhì)量適中、端基為NCO或封閉NCO的PU預(yù)聚體,區(qū)別主要在擴(kuò)鏈過程中。目前工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的方法為丙酮法和預(yù)聚體分散法(或稱預(yù)聚體混合法)。
二環(huán)氧化物適用于末端為羧基的聚合物的擴(kuò)鏈。使用二縮水甘油基醚類環(huán)狀二環(huán)氧化物,在反應(yīng)性共混條件下,Haralabakopoulos等對(duì)PET進(jìn)行擴(kuò)鏈研究。Bikiaris等使用含有酰亞胺環(huán)的二縮水甘油酯化合物對(duì)PET、PBT進(jìn)行擴(kuò)鏈。典型的反應(yīng)條件為在氬氣氛圍中,高于擴(kuò)鏈劑的熔點(diǎn)溫度(280℃)下反應(yīng)數(shù)分鐘。由于這種新擴(kuò)鏈劑具有較好的熱穩(wěn)定性,擴(kuò)鏈效果很好。
使用二異氰酸酯、二惡唑啉等擴(kuò)鏈劑,不僅可合成各種高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物,而且對(duì)于PET、尼龍等大規(guī)模的工業(yè)化產(chǎn)品的擴(kuò)鏈增粘和共混增容也具有重要意義。異氰酸酯擴(kuò)鏈主要適宜于高分子合成的基礎(chǔ)研究,二惡唑啉則在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。
特別是擴(kuò)鏈增粘,用二惡唑啉等擴(kuò)鏈,不會(huì)延長熔融縮聚時(shí)間,也不會(huì)出現(xiàn)在進(jìn)行固相聚合等增粘中反應(yīng)速度慢、降解反應(yīng)加劇、羧基含量增加等缺點(diǎn),不需要特殊設(shè)備,而具有反應(yīng)速度快、適用性強(qiáng)、不需要增加設(shè)備等優(yōu)點(diǎn),可在縮聚釜、熔體紡絲、螺桿擠出和注射成型過程中實(shí)施,尤其是二惡唑啉等環(huán)狀擴(kuò)鏈劑反應(yīng)后沒有小分子副產(chǎn)物生成。
二惡唑啉等環(huán)狀擴(kuò)鏈劑在國內(nèi)外受到廣泛重視,如已在PBT樹脂的擴(kuò)鏈增粘和共混增容中成功應(yīng)用等??梢灶A(yù)見,隨著研究與開發(fā)的不斷深入,不僅二惡唑啉擴(kuò)鏈劑,其他各種擴(kuò)鏈劑在未來都必將得到更廣泛應(yīng)用。
胺類擴(kuò)鏈聚氨酯一般強(qiáng)度比較高,主要用于澆注型熱固聚氨酯彈性體;醇類擴(kuò)鏈聚氨酯強(qiáng)度一般相對(duì)較低,但不是絕對(duì)的,跟所用的異氰酸酯有關(guān),同一種醇類擴(kuò)鏈劑用于TDI體系可能強(qiáng)度極差,但是用于MDI或NDI強(qiáng)度可能比胺類還好。還比如HQEE,分子結(jié)構(gòu)有苯環(huán),強(qiáng)度就很好。醇類擴(kuò)鏈劑無論熱固還是熱塑聚氨酯都會(huì)用。
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