含长支链聚氨酯弹性体的制备、结构与动态机械性能研究

内生热高、耐热性能和动态性能差是聚氨酯（PU）弹性体的主要不足。基于互穿聚合物网络可显著提高PU弹性体力学性能和短支链可明显改善PU弹性体耐热形变性能，本项目拟设计并合成带长支链的新型二元醇，进而制备含长支链的PU弹性体，期望长支链的交叉渗透和机械缠结能与PU主链形成类似半互穿网络的结构特征，弥补支链对PU弹性体力学性能的损害，同时期望长支链的运动性能提高PU弹性体在响应外力时的适应性，降低分子的内摩擦力，减少内生热，赋予该PU弹性体低内生热、高耐热性能、优异动态性能。系统研究长支链及其在PU主链中的分布对PU弹性体聚集态结构、耐热性、力学性能、动态性能等的影响，探讨PU弹性体的耐热形变机理，充实支链结构与宏观性能之间的关系，这不仅有重大的学术研究价值，而且对进一步拓展PU弹性体的应用领域也有重大的现实意义。发表论文5～8篇（SCI收录不少于3篇），申请发明专利1项，培养研究生3～5人。

设计合成了6种不同支链长度N-正烷基二乙醇胺、4种不同支链长度IPDI型N-聚乙二醇单醚基二乙醇胺和8种不同支链长度N-聚乙二醇单醚基二乙醇胺等18种支链结构和长度不同的新型二元醇，进而设计合成了一系列含长支链的新型PU弹性体。系统研究了①烷基支链长度、含量及其在PU主链中的分布对PU弹性体力学性能、动态机械性能和微观结构的影响；②PU预聚物NCO含量、异氰酸酯、多元醇和扩链剂的结构对含长烷基支链PU弹性体力学性能和动态机械性能的影响；③聚乙二醇单醚基支链的长度和含量对PU弹性体力学性能和动态机械性能的影响；④基于三羟甲基丙烷的长烷基支链对新型水性PU弹性体性能的影响。得出结论：①合成的18种支链结构和长度不同的新型二元醇及设计合成的一系列含长支链新型PU弹性体的结构与预期相符； ②采用TDI先与多元醇反应，再与N-正烷基二乙醇胺反应的工艺，所制备的PU弹性体的正烷基支链在主链中的分布较均匀、分子链排布紧密、力学性能较好，链段间内摩擦较小，内生热较低；③短支链正丁基的引入，使所得PU弹性体的力学性能和交联密度显著下降，内生热增大、动态机械性能劣化，但是随着引入的正烷基支链长度的增加，所得PU弹性体的力学性能和交联密度又呈上升势态，链段间内摩擦减小，内生热降低、动态机械性能变好，表明长烷基支链对PU弹性体的性能没有损害，而有增强，该结果与传统的支链严重损害PU弹性体力学性能的结论完全相反。进一步增加支链长度，所得PU弹性体的力学性能又下降趋势。烷基长支链对PU弹性体力学性能的增强作用受扩链剂结构和多元醇极性影响显著，受异氰酸酯结构、多元醇分子量及PU预聚物NCO含量影响较小；④烷基支链长度为正十四烷基和正十八烷基PU弹性体在0℃的Tanδ值较高，60℃的Tanδ值较低，说明该PU弹性体有较好的抗湿滑性和较低的滚动阻力，显示出在轮胎胎面胶中应用的潜质；⑤烷基长支链能显著提高水性聚氨酯弹性体的耐水性和疏水性；⑥烷基长支链对所得PU弹性体力学性能和动态力学性能的增强机制是烷基长支链与PU主链间产生交叉渗透和物理缠结，增大了PU弹性体表观交联密度，同时烷基长支链和PU主链间的不相溶性，在PU软硬段间起隔离作用，提高了软硬段间微相分离程度，并减少了PU链段的内摩擦；⑦已发论文8篇（1篇SCI，3篇EI），申请发明专利2项，培养本科生4人、研究生7人，后续可能发表论文3~5篇。

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