聚醚型聚氨酯胶黏剂的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

由聚醚多元醇组成软段的聚醚型聚氨酯具有独特的耐水解、耐腐蚀、抗挠曲和良好的粘接性能，在高分子材料方面具有重要地位。其结构中既含有羰基又含有氨基，可和许多极性基团相互作用，形成氢键，因此具有极其优良的吸附粘接力，兼有柔韧性、耐磨性及较高的断裂强度，因而一直受到广泛重视。因此研制出一种性能稳定、强度模量高的可供使用的聚氨酯胶黏剂涂层尤为重要。

2. 国内外研究现状分析

一、国内研究 权衡等人以4, 4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为聚氨酯硬段, 聚己二酸-1, 4-丁二醇酯二醇(PBA2000)和聚乙二醇(PEG1000)为混合软段, 1, 4-丁二醇(BDO)为扩链剂, 制备了一系列聚酯-聚醚型聚氨酯。研究了该聚氨酯的防水性、透湿性、亲水性及相转变温度Tg等主要应用性能与其组成、结构间的关系。研究结果表明, 聚氨酯软链段的结构、组成和含量对其性能的影响显著;而在一定范围内, 硬链段的结构对聚氨酯性能的影响并不大。 谢富春等人以聚醚多元醇、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和1，4-丁二醇为原料合成了聚醚型聚氨酯弹性体。分别对预聚反应时间、温度进行了测定，确定了适合的反应条件；并对影响聚醚型聚氨酯弹性体性能的几个因素进行了研究。发现较佳反应条件为：反应温度为(805)℃，预聚反应时间1.5～2 h。聚醚多元醇含水质量分数0.05%，预聚体中NCO与OH摩尔比1.00～1.03，后熟化时间≥4h。 李樾等人以4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和不同小分子二元醇为硬段,以聚醚多元醇为软段，采用预聚体二步法合成热塑性聚氨酯。研究了异氰酸酯指数R、不同扩链剂以及混合扩链剂的物质的量之比对聚醚型热塑性聚氨酯性能的影响。实验结果表明,当异氰酸酯指数为1.02时,热塑性聚氨酯的综合性能最佳；一缩二乙二醇合成的聚氨酯具有最佳的力学性能,而双酚A合成出来的聚氨酯具有优异的熔体流动性,当双酚A与一缩二乙二醇的物质的量之比为1/3时,聚醚型热塑性聚氨酯在保持一定力学性能的同时又有较好的熔体流动性。 张敏等人采用一步法，使用4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、聚乙二醇(PEG)，分别合成了软段为PTMG聚醚多元醇型热塑性聚氨酯和软段为PEG聚醚多元醇型热塑性聚氨酯。并就聚醚多元醇种类、聚醚摩尔质量及用量、异氰酸酯指数(R0)和硬段浓度(Ch)对于聚氨酯力学性能的影响进行了研究。实验结果表明随着R0和Ch的增加聚氨酯的硬度会提高；随着柔性链的增加，硬度下降而力学性能提高。并且用双酚A型环氧树脂改性聚醚型聚氨酯来提高其耐热性。傅晏彬等人通过实验探讨得出聚醚(PPG)、聚氧化丙烯二醇、异氰酸酯(TDI),在合成聚氨酯的过程中工艺条件（如温度）的选择、聚醚K 、Na 离子的含量、催化剂的种类与用量等对反应的影响,严重时会发生爆聚使实验失败。并根据实验中的现象得出：TDI中2位和4位上NCO-的活性不同,所以要求分二步反应并将第一步温度控制在65~70℃。聚醚在使用之前要进行精馏，用原子吸收分光光度计火焰法测定K 、Na 离子总量必须控制在3010-6以下。 刘锦春等人以二异氰酸酯(MDI和TDI)为硬段、以聚四氢呋喃(PTMG)和1,4-丁二醇为软段合成聚醚型聚氨酯弹性体,通过比较试验讨论了不同的游离-NCO含量对材料力学性能的影响。结果得出：伴随预聚物中游离-NCO质量分数的提高,弹性体的硬度、撕裂强度、拉伸强度、压缩永久变形、300%定伸应力都逐渐提高,但回弹性、扯断永久变形逐渐减小。二、国外研究 美国有项专利中研制出一种羟基的平均官能度大于1聚氨酯类胶黏剂涂层，它的特点是多异氰酸酯化合物和多元醇化合物的相对量中，每当量羟基的异氰酸酯提供有效的异氰酸根为0.5～1.5当量，在其中还有从0.0002至5份（重量）的有机金属（重量）的多异氰酸酯化合物，催化剂为有机铝或有机铋，其中固化催化剂的加入可以改进由于溶剂存在所产生的爆裂现象，增强其耐表面缺陷。 Kassam M等以橡胶手套为基础材料，经过一系列处理后，用含电解质的聚醚型聚氨酯进行处理，制备了透气柔软的哑光手套。这种防护手套在水和油的环境中具有优异的抓着力。实验结果表明最佳的固体质量分数范围是25%～45%，至少80%手套衬里基体内部的聚合物不会渗透到表面与皮肤接触。 Song H等人也关于在聚氨酯胶黏剂涂层材料中添加纳米二氧化钛的作用展开探讨，主要是针对耐磨损方面进行了研究。他们使用未经修改和用六亚甲基二异氰酸酯（HDI）改性的两种TiO纳米管，分别用于制造二氧化钛纳米管/聚氨酯（PU）复合涂层。用磨损测试仪测定对涂膜施加载荷和滑动速度对复合涂层的摩擦行为研究其对涂膜的影响。得到如下结果：与填充PU复合涂层的二氧化钛纳米管相比，HDI改性二氧化钛纳米管填充有较低的摩擦系数和磨损寿命较高下的各种应用负载。

3. 研究的基本内容与计划

研究计划：1、以二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI50、MDI100）、聚醚多元醇（PTMEG）、扩链剂为主要原料，采用一步法制备聚醚型聚氨酯胶黏剂2、改变异氰酸酯、聚醚、扩链剂的摩尔比以及异氰酸酯与聚醚的相对分子量和种类等因素，研究对其性能的影响，确定最佳反应原料。3、对胶黏剂性质的测定 （1）力学性能（强度模量 拉伸性能 断裂伸长率） （2）硬度 （3）黏度、粘结性能 （4）红外测试表征 具体实验操作：1、聚醚脱水将聚醚和扩链剂按一定比例（扩链剂先溶于DMF溶剂中）加入三口瓶内，油浴升温至120℃并抽真空，真空度-0.1MPa的条件下脱水1.5 h，然后冷却至60℃。2、合成聚氨酯按配方量准确称量二异氰酸酯，溶于DMF溶剂中（质量分数为30%-50%），用恒压漏斗缓慢滴加至三口瓶中，搅拌均匀后在60℃反应1h，加入一滴催化剂，升温至70-75℃反应1.5h。每隔15min 取样测定NCO质量分数，直到测定值基本不变时即为反应终点。3、制样将反应产物倒入四氢呋喃模具中，放入烘箱100℃干燥。

-NCO含量的测定：准确称量5g样品于干净的锥形瓶中，加入20ml无水甲苯，使样品溶解，用移液管加入10.0ml二正丁胺-甲苯溶液，摇晃使瓶内液体混合均匀，室温放置20-30min，加入40-50ml异丙醇，以几滴溴甲苯酚为指示剂，用0.5mol/L HCL标准溶液滴定，当溶液由蓝色变黄色为终点。并做不加样品的空白实验。利用公式计算。

4. 研究创新点

本实验用一步法制备聚氨酯胶黏剂，通过改变二异氰酸酯、聚醚的相对分子质量和种类、软硬段含量、R值以及扩链剂和聚醚的摩尔比等因素，探讨其对聚氨酯胶黏剂的硬度、拉伸性能、强度模量、粘接性能等性能的影响，确定性能最佳的配方。