纳米稀土改性聚氨酯弹性体的研究+文献综述(2)
3.2.6 小结 26
3.3 两种TPU弹性体改性方法比较 27
4 结论 28
4.1 纳米稀土氯化镧改性TPU弹性体研究 28
4.2 纳米稀土氯化亚铈改性TPU弹性体研究 28
4.3 两种TPU弹性体比较 28
致 谢 29
参考文献 30
1 文献综述
1.1 热塑性弹性体(TPU)
1.1.1 TPU的定义
所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度,断裂伸长率>50%,外力撤除后复原性比较好的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU(Thermoplastic polyurethanes)，是一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高分子量(1000—6000)的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是用二异氰酸酯，通常是二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)连接。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子力减弱，而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能[1]。
聚氨酯弹性体是聚氨酯合成材料中的一个品种，由于其结构具有软、硬两个链段，可以对其进行分子设计而赋予材料高强度、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，它既具有橡胶的高弹性又具有塑料的刚性，被称之为“耐磨橡胶”。由于其极其优异的性能而广泛应用于汽车、建筑、矿山开采、航空航天、电子、医疗器械、体育制品等多个领域，成为极具发展前景的合成材料制品。
1.1.2 TPU结构
聚氨酯的结构为＂-O-R＇-O-CO-NH-R-NH-CO-O-R＂-O-CO-NH-R-NH-CO-＂。聚氨酯合成的原料主要由二异氰酸酯，聚酯或聚醚多元醇，扩链剂。常用的二异氰酸酯是MDI和TDI，聚醚多元醇(如PPG、PTHF)或聚酯多元醇(如PCL、PBA)组成聚氨酯的软段(HO-R＇-OH)，小分子扩链剂(HO-R＂-OH，如BDO、HDO)和二异氰酸酯链接组成聚氨酯的硬段。通常由软段构成连续相，硬段均匀分布在软段中，常温下起着弹性交联的作用，故称为微相分离[2]。
软段影响TPU的高温性能、耐溶剂性和耐候性。有两类主要的软段：端羟基聚酯和端羟基聚醚。
聚酯：典型的端羟基聚酯是由己二酸和适量的二元醇（比如乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-乙二醇、新无戊二醇或者这些二元醇的混合物）在200 ℃高温下反应制得的，得到的聚酯的酸值应小于2。TPU的性能主要决议于聚酯的均匀相对分子质量，而与相对分子质量的散布关系不大[3]。
多异氰酸酯：实用于制备TPU的最首要的二异氰酸酯是4, 4＇-二苯基甲烷-二异氰酸酯MDI，另外还有1,6-吹冰亚甲基二异氰酸酯HDI、4, 4＇-二环己基甲烷二异氰酸酯H12-MDI、3,3＇-二甲基-4,4＇-二异氰酸酯基-联苯TODI、1,4-苯二异氰酸酯和反式1, 4-环壬烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯NDI。
扩链剂：扩链剂和两异氰酸酯的挑选决定了硬段的性量，也决定了TPU的机能。
最主要的扩链剂是线性二元醇，比如乙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、1,6-人二醇、1,4-二(羟基乙氧基）苯。那些二元醇与二异氰酸酯反映所天生的聚氨酯在常温下简直完整结晶，并且在熔融加工时不分解。但在制备高硬段的TPU时不宜用二元醇作扩链剂，否则高温热波动性较差。
聚氨酯及其弹性体之所以有如此广泛的应用，取决于其优异的性能而性能，又与聚氨酯化学密不可分。聚氨酯化学是以异氰酸酯的化学反应为基础，异氰酸酯是分子中含有异氰酸酯基团(-NCO)的化合物，-NCO基团是一个具有重叠双键排列高度不饱和基团，其化学性质非常活泼，能与各种含活泼氢原子的化合物进行反应。 一般认为-NCO基团中的电子云密度及电荷分布如下式所示：