游离异氰酸根含量对聚氨酯弹性体性能的影响

庄 缅

（黑龙江省化工研究院，黑龙江 哈尔滨 150078）

聚氨酯弹性体是由多异氰酸酯与多羟基化合物充分反应制成的，过量的异氰酸酯与多羟基化合物反应生成的预聚体，其端基的异氰酸酯基被含单官能团的活性氢原子化合物封闭制成。

本文介绍一种以低聚物多元醇与TDI合成的NCO含量在5.5%～6.0%之间的预聚体，以MOCA为扩链剂制成聚氨酯弹性体，探讨了体系中游离异氰酸根含量对聚酯型弹性体性能的影响。聚氨酯弹性体是以TDI预聚体-MOCA扩链剂体系为主，MOCA是一种反应活性适中的芳香族二胺，由于含刚性苯环以及与异氰酸酯反应后生成强极性脲基，在进行扩链反应时部分MOCA参加反应即可使胶料凝胶，并获得一定的强度，通常用MOCA的用量可有一定范围的变化而对弹性体最终性能影响不大。

1 实验部分

1.1 主要原料

TDI-100（甲苯二异氰酸酯）（工业品 德国拜耳公司）；聚四氢呋喃二醇PTMG（工业品 洛阳黎明化工研究院）；3，3-二氯 -4，4-二氨基二苯甲烷（MOCA）（工业品 苏州凌云复合材料有限公司）。

1.2 实验步骤

在备有搅拌器、温度计和真空连接管的三口烧瓶中加入计量的聚四氢呋喃多元醇，于90～110℃搅拌1～2h负压下搅拌2h至无气泡，然后加入计量好的TDI，90℃搅拌反应3h至游离异氰酸根含量达到一定值制成预聚体。

将预聚体升温至100℃，脱净气泡后，向其中加入已经于130℃烘箱中完全熔融的扩链剂MOCA，脱净气泡加速搅拌，然后浇注到事先处理并预热好的模具中，于80℃烘箱中固化16h，自然冷却至室温，脱模制成样品。

2 结果与讨论

2.1 预聚体中游离异氰酸根含量对聚氨酯弹性体性能的影响

预聚体中游离异氰酸根含量对聚氨酯弹性体性能有很大影响，但如果NCO基团过量太多，则固化不完全，且固化了的弹性体较硬，甚至很脆；若羟基组份过量较多，则胶层软粘，内聚力低，粘接强度差。我们以分子量为聚四氢呋喃二醇为原料，改变TDI的加入量，从而改变预聚体中游离异氰酸根含量，考察聚氨酯弹性体的性能，结果见表1。

表1 NCO含量对PU弹性体力学性能的影响Tab.1 Effect of NCO content on performance of elastic body

由表1可以看出，随着NCO%的增加，聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度逐渐升高，而扯断伸长率却逐渐降低。这主要是因为硬段含量的增加使得Pu弹性体的硬度、拉伸强度逐渐增加，而扯断伸长率则逐渐降低[2]。硬段上含有氨基、羰基，能形成氢键，使硬段聚集在一起，形成物理交联，所以另外随着-NCO%含量的增加，预聚体的反应速度加快，不利于浇注，因此，预聚体中游离-NCO%含量控制在5.0-5.5为宜。

2.2 软段多元醇分子量的筛选

多元醇的分子量对弹性体的力学性能会产生明显的影响，我们选择分子量分别为1600、2900的聚四氢呋喃二醇作为软段，选取游离异氰酸根含量为5.5%～6.5%的预聚体制备聚氨酯弹性体。

表2 多元醇分子量对弹性体性能的影响Tab.2 Effect of polybasic alcohol molecular on performance of elastic body

随着聚四氢呋喃二醇分子量的增加，弹性体的抗张强度、硬度下降明显，但伸长率变化不是很大，这是因为随着分子量的增加，弹性体内部硬链段的密度相对降低，从而导致硬度和力学强度随之下降。

2.3 反应温度的影响

反应温度是聚氨酯弹性体制备中一个重要的控制因素，一般来说，随着反应温度的升高，异氰酸酯与各类活性氢化合物的反应速率加快。但并不是反应温度越高越好，当130℃以上，异氰酸酯基团与氨基甲酸酯或脲键反应产生交联键，且在此温度以上，所生成的氨基甲酸酯、脲基甲酸酯或缩二脲很不稳定，可能会分解。一般羟基化合物与二异氰酸酯反应温度以60～100℃为宜。

3 结论

以聚四氢呋喃二醇为软段、以TDI为硬段合成了不同NCO含量的PU弹性体，结果表明NCO含量为5.5%～6.0%时，PU弹性体的综合性能最好。随着NCO含量的增高，PU弹性体的硬度、拉伸强度逐渐增高，而扯断伸长率逐渐降低。该弹性体具有优异的耐水解性，耐化学品性，低温性能以及电绝缘性能可用于电子元器件的灌注和包封。

［1］山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册［M］.北京：化学工业出版社，2001.109.

［2］李少雄，刘益军.聚氨酯树脂及其应用［M］.

［3］李少雄,刘益军.聚氨酯胶黏剂［M］.化学工业出版社.

［4］刘会强，刘德居，等.低异氰酸根含量聚酯型聚氨酯弹性体力学性能的研究［J］.河北化工，2010，33（3）：27-29.