毕业设计(论文)-聚醚型聚氨酯微孔弹性体的研究.doc
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1、 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 题题 目目 聚醚型聚氨酯微孔弹性体的研究 作作 者者: 专专 业业: 高分子材料与工程 指导教师指导教师: 完成日期完成日期: 2010 年 5 月 原原 创创 性性 声声 明明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文 中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研 究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签 名: 日 期: 本论文使用授权说明本论文使用授权说明 本人完全了解有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留论文 及送交论文复印件,允许论文被查阅
2、和借阅;学校可以公布论文的全部或部 分内容。 (保密的论文在解密后应遵守此规定保密的论文在解密后应遵守此规定) 学生签名: 指导教师签名: 日期: 毕业设计(论文)立题卡 课题名称聚醚型聚氨酯微孔弹性体的研究出题人谭恺 课题表述 (简述课题 的背景、目 的、意义、 主要内容、 完成课题的 条件、成果 形式等) 聚氨酯弹性体在整个聚氨酯工业中, 所占比重虽然不大, 但其品种之繁多,应用 领域之广泛却是其它品种所不可比拟的。近年来,各国都在根据市场需求情况加强 其应用。 它具有以下几个主要优点:性能的可调节范围大,耐磨性能优越,加工方式多 样,适用性广泛,耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温,透声
3、性好,粘接力强, 生物相容性和血液相容性优秀。这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、航天、声学、 生物学等领域获得广泛应用的原因。 本课题通过以不同羟值的低不饱和度的聚醚多元醇,或在多元醇中添加适量的 三元醇为原料与异氰酸酯反应,制备出新型的聚醚型聚氨酯微孔弹性体,通过测试 试样的密度、硬度、断裂伸长率、拉伸强度和撕裂强度,得出配方对其性能的影响 规律。 课题来源科研课题类别毕业论文 该课题对学 生的要求 中、英文献查阅,阅读;学术论文写作能力。 教研室意见 符合培养要求,予以同意! 教研室主任签名: _年_月_日 学院意见 同意立题( ) 不同意立题( ) 教学院长签名: _年_月_日 注:1、此
4、表一式三份,学院、教研室、学生档案各一份。 2、课题来源是指:1.科研,2.社会生产实际,3. 其他。 3、课题类别是指:1.毕业论文,2.毕业设计。 4、教研室意见:在组织专业指导委员会审核后,就该课题的工作量大小,难易程度及是否符合专 业培养目标和要求等内容提出具体的意见和建议。 5、学院可根据专业特点,可对该表格进行适当的修改。 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 题目:聚醚型聚氨酯微孔弹性体的研究 学 生 姓 名 学 院 专 业 高分子材料与工程 班 级 064 学 号 起 讫 日 期 2009.112010.05 指导教师 谭恺 职称 工程师 发任务书日期 2009 年 1
5、1 月 26 日 课题的内容和要求(研究内容、研究目标和解决的关键问题) 影响聚氨酯弹性体的力学性能的一个主要因素是配方,本课题考察由不同羟值的 低不饱和度的聚醚型多元醇及添加不同量的三元醇的聚醚多元醇为原料制得的聚醚型 聚氨酯微孔弹性体的物理力学性能,通过配方的调整来考察其对产品密度、硬度、拉 伸强度、撕裂强度和断裂伸长率等性能的影响。 试验考察聚氨酯弹性体的以下性能: 1.密度 聚氨酯弹性体的密度是影响其力学性能的重要因素。 2.撕裂强度 试样的撕裂强度的影响因素有哪些,如何提高撕裂强度。 3.硬度 试样的硬度的影响因素有哪些,如何提高硬度。 4.拉伸强度 确定试样在拉伸载荷下产生断裂时所
6、消耗的能量与试样横截面积之比。 5.断裂伸长率 测量经改性后的聚氨酯弹性体的断裂伸长率发生了什么变化。 通过本课题的研究,掌握配方对聚氨酯弹性体物理力学性能的影响因素,确定合 适的配方,以满足生活工业应用聚醚型聚氨酯微孔弹性体的需求。 由于实验设备的限制及对实验配方的估计不足,可能会对同一情况下的实验做到 完全相同有一定的难度,此外,对发泡机理的认识不够充分,对实验过程中出现特殊 情况的正确处理会有一定的难度。 课题的研究方法和技术路线 研究方法:由于聚氨酯弹性体的力学性能因配方不同而显示出不同的特点,我们主要 通过调整配方,测试在不同配方条件下试样的密度、抗弯强度、抗压强度、拉伸强度, 并研
7、究配方与试样的物理力学性能之间的关系,具体技术路线如下: 试样的制备反应机理的研究密度的测定硬度的测试断裂伸长率的测试 拉伸强度测试撕裂强度的测定。 实验原料:组分A 普通聚醚二元醇:230N,280N,330N; 新型低不饱和度聚醚二元醇(自制) 扩链剂(1,4-丁二醇) ,水,催化剂,表面活性剂 组分B MDI(MDI与液化MDI的混合物中MDI占15%) 低不饱和度聚醚多元醇(3031K,羟值56mgKOH/g,绿源公司) 利用万能力学实验机对聚氨酯的密度,压陷硬度,撕裂强度,拉伸强度,断裂伸长率 进行测量。 基 础 条 件 基础条件: 1、实验所需要的药品和仪器 2、查看国内外关于聚醚
8、型聚氨酯微孔弹性体的文献和报道 3、指导老师对实验的精心指导 参考文献 1 韩怀强.聚氨酯鞋底料发展状况和展望J.聚氨酯工业,2002,17(4):11 2 郁为民.聚氨酯弹性体的技术进展与应用开发J.中国橡胶,1999 :25 3 刘凉冰,刘红梅,洛桂娥,于亚莎,虞莉萍.低不饱和度聚醚PU弹性体力学性能的研究J.特种橡胶制 品,2004,25(1):25 4 谢富春,朱长春,张玉清.聚醚型聚氨酯弹性体力学性能的研究J.塑料工业,2005,33(9):12 5 钱伯章.世界聚氨酯及其原料工业的现状及进展J.国际化工信息,2002(5):13 6 易玉华.聚氨酯弹性体的特点及应用开发J.中国橡胶
9、,2000,21(19):27 7 徐志磊,李春兰,刘海蓉,姚克俭.聚醚型微孔聚氨酯鞋底材料研究 J.化学推进剂与高分子材 料,2008,6(6):23 8 亢茂青,殷宁,冯月兰,赵雨花,瞿波,王心葵.新型聚醚聚氨酯微孔弹性体的研制J.高分子材料学与 工程,2005,21(2):35 9 亢茂青,殷宁,冯月兰,赵雨花,瞿波,王心葵.新型聚醚聚氨酯微孔弹性体的研制J.弹性体, 2003,13(4):1417 10 冯月兰,殷宁,亢茂青,王心葵.新型聚醚型聚氨酯微孔弹性体鞋料的制备J.化学推进剂与高分 子材料,2005,3(5):36 11 冯月兰,殷宁,亢茂青,王心葵.聚合物多元醇在聚氨酯微孔弹
10、性体中的应用研J.化学推进剂 与高分子材料,2007,5(1):5155 12 谢富春,朱长春,张玉清.聚醚型聚氨酯弹性体力学性能的研究J. 塑料工业,2005,33(9): 4446 13 谢富春,余东升,张玉清,朱长春.影响聚醚型聚氨酯预聚体合成的因素J.涂料工业, 2006,36(7):3435 14 李伟,张慧波,邱从平,谷雪贤.预聚体法合成聚氨酯弹性体常见问题分析J.辽宁化工, 2007,36(1):4042 15 倪余伟,张松,冷静.聚醚型异氰酸酯预聚体的研J.涂料工业,2005,35(7):1011 16 Kristo f Bagdi Kinga Molnar Bela Puka
11、nszky Jr. Bela Pukanszky,J Therm Anal Calorim (2009) 98:825832 17 Pittrich K, Volkert D. New generation of polyether based shoe systemsJ. Polyurethane World Congr. Proc.1997 ,545551. 本课题必须完成的任务 通过配方的调整,研究影响聚氨酯弹性体力学性能(密度、硬度、撕裂强度、拉伸强度、 断裂伸长率)的各项因素。 利用万能力学实验机对弹性体的密度,硬度,撕裂强度,拉伸强度,断裂伸长率进行测 量。并做出数据归纳总结,写出
12、报告。 成果形式 毕业论文 进度计划 起讫日期工作内容备 注 09.11.2809.12.13写开题报告:文献综述与调研报告 10.01.2610.02.05查资料,准备实验 10.03.0510.04.03实验所需板材的制备 10.04.0510.04.15各种性能的测试 10.04.1610.05.15撰写论文 10.05.2510.05.27论文答辩 教研室审核意见 符合培养要求,予以同意 教研室主任签名: 年 月 日 学院意见 教学院长签名: 年 月 日 注:此表为参考表格,学院可根据专业特点,对该表格进行适当的修改。 本科生毕业论文开题报告 学生姓名学 号专业 高分子材料与 工程 课
13、题名称 聚醚型聚氨酯微孔弹性体的研究 国内 15 篇开题日期 2009.12.15 阅读文献 国外文献 国 外 2 篇开题地点南通大学文峰校区 文献综述与调研报告:(阐述课题研究的现状及发展趋势,本课题研究的意义和价值、参 考文献) 概述 1.聚氨酯的简介 聚氨基甲酸酯简称聚氨酯,英文名:polyurethane。凡是在高分子主链含有许多重复的 氨基甲酸酯基团的高分子化合物通称为聚氨酯1。 由于其具有质轻、导热系数低、吸湿 性小、弹性好、比强度高、隔音绝热等优点,因此被广泛用作消音隔热、防冻保温、缓冲 防震以及轻质结构材料,在交通运输、房屋建设、包装、日用品及国防军事工业中得到广 泛应用2。
14、2.聚氨酯的分类 聚氨酯制品分为泡沫制品和非泡沫制品两大类。聚氨酯泡沫塑料是以气体物质为分散 相以固体树脂为分散介质所组成的分散体,它是一类带有许多气孔的塑料制品3。按照气 孔的结构不同,泡沫塑料可以分为开孔(孔与孔是相通的)与闭孔(各个孔互不相通)泡 沫塑料。而按成品硬度可分为软质、硬质和半硬质 3 种4。软质聚氨酯泡沫塑料大多用于 日用品中;半硬质制品主要用于车辆;硬质聚氨酯泡沫塑料作为一种新型优质隔热保温材料, 在包装及建筑上得到了越来越广泛的应用。 3.聚氨酯的制备 聚氨酯都是由多元醇和二异氰酸酯或多异氰酸酯在催化剂和其它助剂的作用下形成的。 异氰酸酯是制备聚氨酯的基础原料。通常有甲苯
15、二异氰酸酯,二苯基甲烷二异氰酸酯,多 亚甲基多苯基多异氰酸酯等,以及少量作特殊用途的其他脂肪族和芳香族的有机异氰酸酯。 作为制备聚氨酯主要原料之一的多元醇,其品种、结构对泡沫体的生产和性能有很大的影 响,目前使用的主要是聚醚多元醇和聚酯多元醇。聚酯是二元酸和二元或多元醇的缩聚产 物5。多元醇一般为乙二醇,丙二醇,一缩乙二醇,乙三醇,三羟甲基丙烷,丙三醇,季 戊四醇等。聚醚一般都是以多元醇,多元胺或其他含有活泼氢的有机化合物为起始剂与氧 化烯烃开环聚合而成。另外还有发泡剂、表面活性剂、阻燃剂等助剂。此外生产设备、工 艺控制对弹性体的性能也有重要影响6。 聚氨酯在合成过程中伴有复杂的化学变化,影响
16、聚氨酯成品的结构性能的变化因素非 常多。在聚氨酯的合成,成型全过程中,往往要经过预聚、交联等阶段,有时还要扩链7。 预聚,一般将稍过量的二异氰酸酯与聚醚二醇或聚酯二醇先反应,形成异氰酸端基预聚 物。扩链,如果对聚氨酯预聚物的分子量有较高的要求,如弹性纤维和橡胶,还可以用 二元醇、二元胺或肼进行扩链,后者主链中间形成脲基团。交联,聚氨酯用作弹性体时, 需要交联。在加压加热条件下,分子链中的异氰酸酯特征基团与另一分子的异氰酸端基进 行反应,产生交联。这些反应与参加反应的物质结构、官能度、分子量等均有关系。一般, 聚氨酯弹性体合成的总反应可用下面的通式表示: 4.聚氨酯微孔弹性体 聚氨酯作为新型多功
17、能高分子材料,属于高科技、高性能、高价值的产品,在材料工 业中占有重要地位,已发展成为世界六大合成材料之一8 。在众多的聚氨酯分支领域(泡沫、 弹性体、涂料、胶粘剂、纤维等) 中,微孔聚氨酯弹性体是介于泡沫与弹性体之间的新型材 料,兼具弹性体良好的机械性能和泡沫的舒适性,与一般橡胶相比具有强度高、韧性好、质 量轻、压缩应力传递平稳、耐油和抗疲劳性能优异的力学性能。其中最突出的特点是具有 优异的吸收冲击性能 ,因而广泛应用于防震缓冲材料,正在逐渐取代传统的橡胶材料而被广 泛应用于汽车软性部件和制鞋业9。 5.聚氨酯微孔弹性体的分类 聚氨酯微孔弹性体根据所用原料的不同可分为聚酯型和聚醚型两类。 聚
18、酯型微孔弹性体:力学性能一般要好于聚醚性微孔弹性体, 原因是聚酯链段中含有 的极性酯基团使得 PU 分子链之间的作用力要强于聚醚链段10。但存在成本高、低温性能 差、易水解等缺点。 聚醚型微孔弹性体:虽然力学性能较聚酯型微孔弹性体差些, 但克服了聚酯型微孔弹 性体的的不足, 如耐水解、抗霉变、优异的低温韧性、耐挠曲疲劳等。另外, 聚醚型 PU 原液常温下为液体, 粘度低、操作方便、发泡范围宽、便于控制,且价格低, 原料易得11。 6.聚醚多元醇简介 聚醚多元醇(简称聚醚) , 聚合物分子主链含有醚键(ROR)其端基或侧基含 有大于 2 个羟基(OH)的聚合物统称为聚醚多元醇。常温下为无色至棕色
19、黏稠液体,通常 易溶于芳烃、卤代烃、醇、酮,有吸湿性。聚醚多元醇是生产 PU 制品的主要原料12。 聚醚多元醇可归纳为3 种类型: 一种是以多元醇或有机胺为起始剂与环氧丙烷(PO) 或PO 和环氧乙烷(EO) 反应生成的聚合物,通称为PPG,这种产品在PU 中用量最大。另一种是聚 合物多元醇,它以PPG为基础,然后用乙烯基单体,如丙烯腈(PAN) 或(和) 苯乙烯等在多元醇 中经本体聚合反应而制得, 称为POP ,POP 不单独使用, 而与PPG配合使用, 以赋予PU制品 优良性能13。第3 种类型聚醚多元醇是聚四亚甲基醚乙二醇(PTMEG) , 是由四氢呋喃开环 聚合而成, 主要应用于PU
20、弹性体和PU 纤维。 根据起始剂所含活泼氢原子的数目可制得不同官能度的聚醚多元醇16。用二元醇(如丙二 醇、乙二醇) 制得二官能度的聚醚; 用三元醇(如甘油、三羟甲基丙烷等) 制得三官能度的 聚醚; 如用季戊四醇(四元醇) 、木糖醇(五元醇) 、山梨醇(六元醇) 、蔗糖(八元醇) , 则可 制得相应的多官能度的聚醚17。 7聚醚型聚氨酯弹性体的制备方法 预聚物法 这是一种比较老的生产方法,也叫二步法。其工艺首先将甲苯二异氰 酸酯和聚醚多元醇反应生成末端带异氰酯基的预聚物 15,然后再按比例加入催化剂、 稳定剂、发泡剂等一起混合发泡,完成泡沫产生。聚醚型聚氨酯预聚体则是多异氰酸酯和 聚醚多元醇按
21、一定比例反应制得的可反应性半成品。由于多异氰酸酯和聚醚型多元醇种类 繁多,反应配比各异,故可制得各种规格的预聚体14。 研究意义和价值 由聚醚构成软段的聚氨酯弹性体具有独特的耐腐蚀、耐水解、抗挠曲和良好的粘结性, 在特种高分子材料方面具有重要的地位。本课题通过不同规格的聚醚多元醇与催化剂、 匀泡剂、发泡剂相互混合制得不同羟值的低不饱和度聚醚多元醇,然后与多异氰酸酯反应, 在反应过程中测试试样的密度、硬度、撕裂强度、拉伸强度等物理力学性能。本课题考察 聚氨酯弹性体的物理力学性能,通过配方的调整来考察其对试样密度、抗弯强度、抗压强 度、拉伸强度等性能的影响。从而将聚氨酯弹性体在力学性能方面的优势充
22、分发挥出来, 为产业化技术的推广打下良好的基础,同时也为新型聚醚多元醇找到更多的应用领域。 参考文献: 1 韩怀强.聚氨酯鞋底料发展状况和展望J.聚氨酯工业,2002,17(4):111 2 郁为民.聚氨酯弹性体的技术进展与应用开发J.中国橡胶,1999 :25 3 刘凉冰,刘红梅,洛桂娥,于亚莎,虞莉萍.低不饱和度聚醚PU弹性体力学性能的研究J.特种橡胶 制品,2004,25(1):25 4 谢富春,朱长春,张玉清.聚醚型聚氨酯弹性体力学性能的研究J.塑料工业,2005,33(9):12 5 钱伯章. 世界聚氨酯及其原料工业的现状及进展J.国际化工信息,2002(5):13 6 易玉华. 聚
23、氨酯弹性体的特点及应用开发J.中国橡胶,2000,21(19):27 7 徐志磊,李春兰,刘海蓉,姚克俭. 聚醚型微孔聚氨酯鞋底材料研究 J.化学推进剂与高分子材料, 2008,6(6):23 8 亢茂青,殷宁,冯月兰,赵雨花,瞿波,王心葵.新型聚醚聚氨酯微孔弹性体的研制J.高分子材料 学与工程,2005,21(2):35 9 亢茂青,殷宁,冯月兰,赵雨花,瞿波,王心葵.新型聚醚聚氨酯微孔弹性体的研制J.弹性体, 2003,13 (4) :1417 10 冯月兰,殷宁,亢茂青,王心葵.新型聚醚型聚氨酯微孔弹性体鞋料的制备J.化学推进剂与高分子 材料,2005,3(5):36 11 冯月兰,殷宁
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