PTMG/MDI/HQEE体系聚氨酯弹性体力学性能的研究
闫宇望
( 山西省化工研究所（有限公司） 山西 030021)
来源：当代化工研究 2021年 第13期
首先以四氢呋喃均聚醚（PTMG）和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-100）为原料合成聚氨酯预聚体，再用对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）扩链剂制备聚氨酯弹性体。讨论了扩链系数、加压前反应时间以及耐热空气老化处理（10℃，168h）对聚氨酯弹性体力学性能的影响。结果表明，随着扩链系数的增大，聚氨酯弹性体的硬度变化不大，拉断伸长率、拉伸强度、300%模量和撕裂强度都先升高后降低；加压前反应时间对弹性体的力学性能和结晶的出现有明显影响；弹性体的热空气老化性能良好。
聚氨酯；弹性体；PTMG；MDI；HQEE；力学性能
浇筑型聚氨酯弹性体由高相对分子质量的多元醇和低相对分子质量的二醇扩链剂与二异氰酸酯反应制得。HQEE作为常见的MDI体系扩链剂，工艺不够稳定，制品易出现结晶，凝胶点确定较难。本研究选取了市面上常见的两种HQEE扩链剂，以PTMG、MDI和HQEE为原料合成了一系列聚氨酯弹性体材料，分析研究了选取不同加压前反应时间下条件下力学性能的变化。同时对不同扩链系数下制备的聚氨酯弹性体以及热老化处理后的弹性体进行力学研究。
1.实验部分
(1)实验原料及仪器设备
四氢呋喃均聚醚（PTMG），日本三菱化学株式会社，工业品；4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-100），烟台万华聚氨酯有限公司，工业品；1号对苯二酚二羟乙基醚HQEE，烟台市裕盛化工有限公司，分析纯；2号对苯二酚二羟乙基醚HQEE，常州市武进佳华化工有限公司，分析纯；二月桂酸二丁基锡（T-12），天津市瑞金特化学品有限公司，试剂纯。
LX-A型橡胶硬度计，营口实验材料厂；CMT6104型电子万能试验机，深圳市新三思计量技术有限公司。
(2)合成
①预聚体合成
称取适量PTMG，搅拌器匀速搅拌加热至110℃，然后在真空度-0.09MPa的条件下真空脱水至无气泡产生后1h。PTMG室温冷却至55℃，称取MDI加热融化后与PTMG混合，然后保持1℃/min的升温速率，加热至80℃，恒温搅拌2h，用玻璃棒移取适量预聚体，分析测试NCO基的质量分数，密封保存待用。
②弹性体合成
称取适量预聚体电炉加热至115℃，在真空度-0.09MPa的条件下真空脱水至无气泡产生，再按配比加入适量的HQEE和T-12催化剂，玻璃棒匀速搅拌均匀，浇注到115℃平板模具中，待试片达到凝胶点时加压硫化，45min后脱模，在100℃的烘箱中后硫化24h。
(3)物理性能测试
试样片均在室温条件下放置24h，然后裁剪并进行力学性能测试。
按照GB/T 531.1-2008标准规定，测试邵尔硬度，精确至1。按GB/T 528-2009测定拉伸强度、拉断伸长率和300%定伸应力，分别精确至1%，0.01MPa，0.01MPa；按GB/T 529-2008测定撕裂强度，精确至0.01kN·m-1。
2.力学性能结果分析
(1)扩链系数对PTMG/MDI/HQEE体系弹性体力学性能的影响
如表1、表2所示，先将PTMG与MDI合成预聚体，固定加压前反应时间不变，用HQEE扩链剂扩链预聚体，选取5种扩链系数0.95、0.98、1.0、1.03、1.05制备弹性体，测试力学性能。
由表1和表2可知，随着扩链系数的上升，弹性体的硬度变化不大，弹性体的拉断伸长率、拉伸强度、300%模量和撕裂强度都呈现先增加后减少的规律，并且在扩链系数为1.0时，TPU弹性体的力学性能最好。由于异氰酸酯与羟基的反应为可逆反应，所以NCO/OH越接近1，TPU弹性体的性能越好，表现为拉断伸长率、拉伸强度、300%模量和撕裂强度较高。
(2)加压前反应时间对弹性体力学性能的影响
如表3所示，先将PTMG与MDI合成预聚体，以1号HQEE做扩链剂，固定扩链系数为1.0不变。
由表3可知，加压前反应时间选取6min30s和7min时，拉断伸长率，300%模量和拉伸强度较高，但是试件中出现明显结晶。加压前反应时间选取8min时力学性能最好，同时出现结晶，超过8min后力学性能下降。原因是HQEE和预聚体的反应时间较短时加压，未反应的HQEE较多，很容易产生结晶，而时间过长，试件凝胶且硬度上升反而不易加压成型。
(3)热老化处理后对弹性体力学性能的影响
如表4所示，先将PTMG与MDI合成预聚体，HQEE做扩链剂，固定加压前反应时间为7min30s，固定扩链系数为1.0不变，测试试件力学性能，同时对试件进行恒温110℃、168h的热空气老化处理，再次测试力学性能。
由表4可知，经过110℃恒温168h的热空气老化处理后，试件的力学性能并没有明显变化。
改变预聚体的扩链系数，聚氨酯弹性体的硬度变化不大，拉断伸长率、拉伸强度、300%模量和撕裂强度都先升高后降低。并且在扩链系数为1时，弹性体的力学性能最好。加压前反应时间会影响试件的力学性能，同时对试件中是否出现结晶也有明显影响，应该选取合适的加压前反应时间保证不出现结晶的前提下达到最好的力学性能。同时本体系的弹性体的力学性能受热空气老化影响不明显，具有良好的耐热空气老化性能。
为方便阅读，本文移除了脚注。如有需要，请参《当代化工研究》 2021年卷 第13期
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