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聚氨酯(PU)是一类结构独特和性能优异的高分子材料,但是PU的力学强度和耐热性能不佳,限制了PU的广泛应用。对PU进行改性已成为PU研究领域的热点。高度支化聚合物具有新奇的结构和独特的性能,利用高度支化结构来提高PU的力学强度是一种有效的方法。聚酰亚胺耐热性优异,将其引入PU,不仅可提高PU的耐热性,而且刚性的酰亚胺环还能提高其力学强度。环氧树脂(EP)具有高模量、高强度、高耐热性,也是一种能够提高PU力学强度和耐热性的化合物。本文对PU的合成、结构及性能、高度支化聚氨酯的合成与应用、聚氨酯.酰亚胺合成与应用、聚氨酯/环氧树脂合成与应用的研究进展作了较详细综述。
本文以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、3,3,4,4-二苯甲酮二酐(BTDA)、聚醚胺(ATA)为原料,采用A2+B3法合成了高度支化聚氨酯.酰亚胺(HBPUI)。通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振光谱(NMR)、旋转粘度计、差式扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)、电子拉力机、动态热力学分析(DMA)表征了产物的结构和性能。发现高度支化结构的引入使HBPUI具有较低的粘度和较高的Tg;力学强度和模量显著增强;初始热分解温度达到300℃以上,热稳定性得到提高。
用甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、PCDL、ATA合成了端氨基高度支化聚氨酯,并与EP的环氧基开环反应后得到端氨基高度支化聚氨酯/环氧树脂(AHBPU/EP)。通过FT-IR、DSC、TG、电子拉力机、DMA、X射线衍射法(XRD)表征了产物的结构和性能。发现产物的Tg和热稳定性相对于AHBPU都有提高,初始热分解温度达到了300℃;当[B3]/[A2]=1:1,mEp/mAHBPU=0.5,n(NCO)/n(OH)=1.3时,拉伸强度达最大23.05MPa,断裂伸长率达最小值192.24％;高度交联结构的存在使得结晶程度降低。
本文也利用HBPUI的端氨基与EP反应制备了高度支化聚氨酯-酰亚胺/环氧树脂(AHBPUI/EP)。通过红外光谱、DSC、TG、电子拉力机、XRD表征了产物的结构和性能。结果表明,高度交联结构的存在使得Tg升高,由于同时引入了聚酰亚胺和环氧树脂,热稳定性得到了进一步提高,最高初始热分解温度达到了333℃;并讨论了BTDA含量、EP含量、[A2]/[B3]比值对产物力学性能的影响,发现聚酰亚胺、环氧树脂、支化结构的引入使得产物的力学性能得到提高。