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1、PPC/PU化学共混物的制备和性能研究PPC/PU化学共混物的制备和性能研究摘 要本文采用乙二胺与碳酸丙烯酯开环反应，制备出羟基封端的聚合物聚碳酸亚丙酯(PPC)，再加入甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和聚醚(220)在搅拌作用下扩链固化，一步法生成聚碳酸亚丙酯聚氨酯(PPC/PU)的化学共混物。本文研究了碳酸丙烯酯和乙二胺在不同摩尔配比(2:1,4:1,6:1,8:1,10:1)条件下发生开环反应来制备PPC。再选用聚醚与PPC混合（PPO/PPC的比为25wt%，30wt%，35wt%，40wt%，45wt%），随后加入TDI固化制备出PPC/PU的化学共混物(NCO/OH的摩尔比为1.
2、3:1,1.5:1,1.7:1,1.8:1)。碳酸丙烯酯和乙二胺在温度80下反应2个小时，再加入一定质量分数的聚醚，之后加入定量的TDI在60反应2个小时，之后在80下固化24小时，制备出化学共混物PPC/PU。对固化产品的力学性能进行了测定。结果表明，在原料8:1的配比及聚醚质量分数为35%的不同TDI比例下生成的PPC/PU化学共混物有较高的断裂伸长率和适宜的拉伸强度，是一种弹性较好的高分子合金材料。关键字：二氧化碳，开环聚合，聚碳酸亚丙酯，力学性能Research on the Synthesis and Properties of Polypropylene Carbonate/ Po
3、lyurethane Chemical BlendsAbstractBy using ethylenediamine as catalyst, propylene carbonate was polymerized by ring-open reaction to prepare hydroxy-terminated polymer which is polypropylene carbonate(PPC) .Then adding the toluene - 2, 4 - diisocyanate (TDI) and polyether (220) in PPC to extender ch
4、ain, the chemical blend of polypropylene carbonate and polyurethane (PPC/PU) was prepared.This paper investigated the propylene carbonate and ethylenediamine with different molar ratio (2:1,4:1,6:1,8:1,10:1) to prepare PPC by occuring ring-open polymerization. The PPC mixed with polyether（the mass r
5、atio of PPO/PPC is 25%, 30%, 35%, 40%, 45%）,and then mixed with TDI ( the molar ratio of NCO/OH is 1.3:1,1.5:1,1.7:1,1.8:1) to prepare the chemical blend of PPC/PU. The condition of ring-open polymerization was that the reaction time was 2 hours and the temperature is 80. Then adding polyether in PP
6、C and mixing with TDI to reaction of 2 hours , the chemical blend of PPC/PU was prepared at the temperature of 60. The PPC/PU was solidified 24 hours at the temperature of 80 . The breaking elongation and strength of products was measured. The results showed that the prepared PPC/PU have a higher br
7、eaking elongation and appropriate tensile strength at the ratio 8:1 of raw material , so PPC/PU were better flexible polymer alloy materials. Key words: carbon dioxide, ring-open polymerization, polypropylene carbonate (PPC), mechanical properti目 录摘 要IAbstractII第1章 综述11.1 研究背景11.2 聚碳酸酯PC11.2.1 聚碳酸酯的
8、性质特点21.2.2 合成方法21.2.3 应用现状及前景41.2.4 脂肪族聚碳酸酯的合成方法与应用现状41.3 聚碳酸亚丙酯PPC51.3.1 碳酸丙烯酯的性质与合成方法61.3.2 合成方法71.3.3 聚碳酸亚丙酯的特性81.3.4 开发及应用前景91.4 聚碳酸酯聚氨酯的改性91.4.1 高分子材料改性91.4.2 聚合物的化学共混111.4.3 聚氨酯改性材料的特性及应用121.4.4 聚碳酸酯聚氨酯化学共混131.4.5 高分子合金PPC/PU的研究进展151.5 本课题研究的目的及意义15第2章 实验部分162.1 原料162.2 所用仪器162.3 实验方法172.4 实验步
9、骤182.4.1开环聚合制备聚碳酸亚丙酯PPC182.4.2 一步法制备PPC/PU192.4.3 预聚法制备PPC/PU202.4.4 性能测试及结构分析21第3章 实验结果分析及讨论233.1 反应条件的影响因素分析233.1.1 开环温度及共混温度的选择233.1.2 开环时间及共混时间的选择233.1.3 脱泡及模具的影响233.1.4 固化条件的选择253.2 性能测试的数据分析253.2.1 聚醚PPO质量分数的影响283.2.2 氰羟NCO/OH比值的影响283.3 PPC及PPC/PU的红外表征283.3.1 开环产物PPC的红外分析283.3.2 化学共混物PPC/PU的红外
10、分析29结 论31参考文献32致 谢33外文翻译34中文翻译46I第1章 综述1.1 研究背景近年来由于工业二氧化碳排放量的急剧增加，造成全球气温上升，即“温室效应”，减少二氧化碳的排放量及综合利用二氧化碳是关系到人类生存环境的重大问题，目前许多国家都在研究可作为潜在资源的CO2的综合利用问题，所以开发利用二氧化碳已成为世界各国普遍关注的重大课题。事实上，CO2已在工业、农业、能源及环境等方面展现出广泛用途，CO2无毒性又廉价，可以替代有毒或不易处理的化学原料。在CO2被大量利用的同时，一方面创造了经济效益，另一方面又为环境做出了贡献，以它为原料直接制备具有功能型材料的高分子聚合物，是碳化学的
11、重要研究方向。CO2催化聚合技术在三十年来取得了很大的进展，所合成的脂肪族聚碳酸酯具有生物降解性，降解产物对人体无毒害，是一种医用高分子材料。同时，制备力学性能符合使用需要的聚合物，可用来取代若干塑料，减轻其废弃物对环境的污染，符合了近年来的世界主题“绿色、环保”。用CO2合成环状碳酸丙烯酯，碳酸丙稀酯单体与乙二胺开环聚合是合成较高分子量聚碳酸亚丙酯PPC的一种有效途径,聚碳酸亚丙酯PPC是聚碳酸酯PC的一种，具有聚碳酸酯PC的特性。一般为提高聚氨酯的生物降解性，用聚碳酸酯PC改性聚氨酯即聚碳酸酯型聚氨酯，其具有良好的水解性。所以可以用PPC加入聚醚和TDI,交联成化学共混物PPC/PU 。研
12、究这类聚碳酸亚丙酯聚氨酯PPC/PU对开发新型高分子材料，保护环境都具有重要意义，这样既可以更进一步拓宽了以CO2为原料合成的碳酸丙烯酯的用途，又可以减少传统异氰酸酯聚氨酯和聚碳酸酯合成中剧毒光气的用量，减少环境污染。1.2 聚碳酸酯PC聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基(OCO)的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。1.2.1 聚碳酸酯的性质
13、特点聚碳酸酯是一种无味、无臭、无毒、综合性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击、耐蠕变性能，较高的抗张强度，较高的耐热性和耐寒性，介电性能优良，有极好的形状和颜色稳定性，透光性好，可见光的透过率可达90%左右，是五大工程塑料中唯一的透明产品。物料性能: 比重:1.181.20g/cm-1, 成型收缩率0.5%0.8%, 成型温度230320,干燥条件110120 8小时。冲击强度高, 尺寸稳定性好, 无色透明, 着色性好, 电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好, 但自润滑性差,有应力开裂倾向, 高温易水解, 与其它树脂相溶性差。适于制作仪表小零件绝缘透明件和耐冲击零件等。成型性能: (1)无定形料
14、, 热稳定性好, 成型温度范围宽, 流动性差。吸湿小, 但对水敏感, 须经干燥处理。成型收缩率小, 易发生熔融开裂和应力集中, 故应严格控制成型条件, 塑件须经退火处理。(2)熔融温度高, 粘度高。大于200g 的塑件, 宜用加热式的延伸喷嘴。(3)冷却速度快, 模具浇注系统以粗、短为原则, 宜设冷料井, 浇口宜取大, 模具宜加热。(4)料温过低会造成缺料, 塑件无光泽; 料温过高易溢边, 塑件起泡。模温低时收缩率、伸长率、抗冲击强度高, 抗弯、抗压、抗张强度低; 模温超过120时塑件冷却慢, 易变形, 粘模。可用挤出、注塑、吹塑和真空成型方法进行加工, 制造各种板材、制件、容器、管件和薄膜等
15、, 其中最常用的是注塑成型法1。1.2.2 合成方法 目前，PC生产技术主要有溶液光气法、界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法和全非光气法，前两者统称为光气法。(1) 溶液光气法溶液光气法是以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚，得到的PC胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，已完全淘汰。(2) 酯交换熔融缩聚法酯交换熔融缩聚法简称酯交换法，又称本体聚合法，是一种间接光气法工艺。以苯酚为原料，经光气法反应生成碳酸二苯酯(DPC)；然后在微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚A在高温、高真空下进行酯交换反应，生成低聚物；再进一步缩聚制得PC产品。该工艺流程短，无溶剂，全封闭，无污染，生产成本略低于光气法，但产品光学性能较差，催化剂易污染，副产品酚难以去除，产品分子量低，应用范围有限，再加上搅拌、传热等问题的限制，难以实现大吨位工业化生产。(3) 界面缩聚光气法界面缩聚光气法是目前工业上应用较为广泛的工艺，双酚A首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐；后加入二氯甲烷，通入光气，使物料在界面上聚合，生成低分子量P
