1. 研究目的与意义
聚氨酯(PU)弹性体是一种介于塑料和橡胶之间的高分子材料，其特点是硬度范围宽，弹性高，机械强度、耐油性和耐磨性好，低温性能优良。PU由于原材料种类繁多，配方多样，结构可调范围大，性能各具特点，目前对PU弹性体结构与性能关系的研究正在深入。其中，透明聚氨酯弹性体是近年来聚氨酯弹性体一个新的研究方向。透明聚氨酯材料用途十分广泛，可以用于照明、光学材料、防伪材料、TTA上转换材料等等。四川大学张晓华采用一步法以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚氧四亚甲基二醇(PTMG)和1,4-丁二醇(BDO)为原料合成了透明PU弹性体，研究了合成方法、催化剂种类、异氰酸酯指数R、固化时间以及固化温度对该弹性体的力学性能、光学透明性、反应程度和热稳定性的影响。华中科技大学薛锋等以4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、聚醚多元醇、交联扩链剂、催化剂及助剂采用NCO封端的氨酯半预聚体、聚合物多元醇合成了透光率91%～93%、弹性弯曲模量2006 MPa～3089 MPa,冲击强度19 kJ/m2～35 kJ/m2,邵氏硬度80D的高透明、力学性能优良的PU树脂。傅敏等采用聚四氢呋喃二醇(PTMG)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、脂肪(环)族二异氰酸酯、自制交联剂HTM等为主要原料，制备出透光率达97%的高透明PU弹性树脂。但是由于透明聚氨酯弹性体涉及力学、光学等诸多领域，制备难度较高，相比于普通聚氨酯弹性体，对于合成和理论方面的研究还比较少，特别是对于可掺杂上转换发光材料的透明PU弹性体的研究深度还远远不够。本课题重点研究通过改变透明PU弹性体的原材料选择、软硬段组成、扩链剂种类及比例等，来分析不同合成条件下聚氨酯材料的各种性能，优化透明聚氨酯材料的生产工艺；并通过多种表征手段对材料进行分析测试，制备出可以应用于TTA上转化领域的固体基质。
2. 研究内容和预期目标
主要研究内容如下：
（1）以ipdi和聚醚二元醇作为固体基质制备的原料，通过改变扩链剂种类（1,4-bdo、三羟甲基丙烷），调节硬段和扩链剂含量、反应温度、固化温度等，制备聚氨酯固体基质；
（2）利用电子拉力实验机、硬度计、紫外/可见分光光度计-积分球、热重分析仪和动态热机械分析仪分别测试固体基质的力学性能、透光率、热稳定性、玻璃转化温度、热力学性质等；
3. 研究的方法与步骤
制备透明PU弹性体可采用预聚体法
1.合成预聚物：
将称量好的PTMG放入带有搅拌器，温度计的三口烧瓶中，加热升温至130℃，待其完全熔化后搅拌抽真空，脱水2h。然后降温至60℃并通入N2，缓慢滴加按比例称量的IPDI与催化剂混合液。升温至70℃，恒温计时反应2～3h，即得PU预聚体。
2.扩链
将PU预聚体降温至50℃以下，加入一定配比的扩链剂，搅拌均匀至透明，保持温度50～60℃至气泡完全消失。倒入模板内，升温至120℃，固化成型，即得制品。
通过改变扩链剂种类，调节硬段和扩链剂含量、反应温度、固化温度，可制得一系列不同性能的透明PU弹性体。
| 序号 | 原料 | 摩尔分率 | 反应温度/℃ | 固化温度℃ |
| 1 |
IPDI/PTMG1000/BDO | 100/40/60 | 70 | 120 |
| 2 | 100/50/50 | 70 | 120 | |
| 3 | 100/60/40 | 70 | 120 | |
| 4 |
IPDI/PTMG2000/BDO | 100/40/60 | 70 | 120 |
| 5 | 100/50/50 | 70 | 120 | |
| 6 | 100/60/40 | 70 | 120 | |
| 7 |
IPDI/PTMG2000/TMP | 100/40/60 | 80 | 130 |
| 8 | 100/50/50 | 80 | 130 | |
| 9 | 100/60/40 | 80 | 130 | |
| 10 |
IPDI/PTMG2000/TMP | 100/40/60 | 80 | 130 |
| 11 | 100/50/50 | 80 | 130 | |
| 12 | 100/60/40 | 80 | 130 |
3.性能测试
利用电子拉力机、硬度计、紫外/可见分光光度计、热重分析仪和动态热机械分析仪分别测试PU固体基质的力学性能、透光率、热稳定性、玻璃转化温度、热力学性质等。
4. 参考文献
[1] 张晓华,曹亚.高性能透明聚氨酯弹性体的合成研究[j]. 塑料工业,2002,30 (6):8-11.
[2] 陈海良, 张芳, 陈伟, 孙青峰, 董伟. ipdi在透明聚氨酯弹性体中的应用研究[j].化学推进剂与高分子材料, 2005, 5, 26-27.
[3] 薛锋,黄树槐.透明聚氨酯树脂材料的合成及性能研究[j].华中科技大学学报(自然科学版),2004,32(7):98-101.
5. 计划与进度安排
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