超支化聚酰胺强化热塑性聚氨酯结晶及发泡性能的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.001

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (11): 1-6.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.11.001

• 材料与性能 • 下一篇

超支化聚酰胺强化热塑性聚氨酯结晶及发泡性能的研究

董炳廷, 臧萌, 尹凯, 信春玲(), 何亚东

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2021-03-12 出版日期:2021-11-26 发布日期:2021-11-23

Study on Crystallization and Foaming Properties of Hyperbranched Polyamide⁃reinforced Thermoplastic Polyurethane

DONG Bingting, ZANG Meng, YIN Kai, XIN Chunling(), HE Yadong

College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2021-03-12 Online:2021-11-26 Published:2021-11-23
Contact: XIN Chunling E-mail:xinxl@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

在热塑性聚氨酯（TPU）中引入超支化聚酰胺HyPer，利用傅里叶红外光谱研究了HyPer对TPU分子间氢键的影响；同时采用旋转流变仪及差示扫描量热仪研究了HyPer对TPU的结晶及流变性能的影响规律。结果表明，HyPer可以与TPU中的氨基甲酸酯形成分子间氢键，显著提高了TPU中羰基峰的氢键化程度；另外，HyPer的加入对TPU有显著的增塑作用，特性黏度降低，分子间活动能力增加，提高了TPU的结晶速率和结晶度；添加0.25 %（质量分数，下同）的HyPer降低了TPU的熔体黏弹性，有利于泡孔生长，发泡倍率提高30 %，而HyPer含量提高增强了 TPU的结晶度，结晶度的提高一方面可以促进泡孔成核，另一方面可以抑制泡孔生长，有利于泡孔密度的提高，泡孔尺寸的减小。

关键词: 热塑性聚氨酯, 超支化聚酰胺, 分子间氢键, 结晶, 发泡

Abstract:

Hyperbranched polyamide （HyPer） was introduced into thermoplastic polyurethane （TPU）， and the effect of HyPer on the intermolecular hydrogen bond of TPU was investigated by Fourier?transform infrared spectroscopy. The effect of HyPer on the crystallization and rheological properties of TPU were evaluated using rotational rheometer and differential scanning calorimeter. The results indicated that HyPer could form intermolecular hydrogen bonds with carbamates in TPU， resulting in a significantly improvement in the degree of hydrogen bonding of carbonyl peak in TPU. In addition， the addition of HyPer generated a significant plasticizing effect on TPU， reducing its intrinsic viscosity， increa?sing its intermolecular mobility， and improving its crystallization rate and crystallinity. The batch?foaming experimental results demonstrated that the addition of 0.25 wt % HyPer reduced the melt viscoelasticity of TPU. This is beneficial to the cell growth and leads to an increase in foaming ratio by 30 %. The increase of hyper content enhanced the crystallinity of TPU. The existence of microcrystalline not only promoted the cell nucleation but also inhibited the cell growth. This facilitates the increase of cell density and the decrease of cell size.

Key words: thermoplastic polyurethane, hyperbranched polyamide, intermolecular hydrogen bond, crystallization, foaming

中图分类号:

TQ 323.6

董炳廷, 臧萌, 尹凯, 信春玲, 何亚东. 超支化聚酰胺强化热塑性聚氨酯结晶及发泡性能的研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 1-6.

DONG Bingting, ZANG Meng, YIN Kai, XIN Chunling, HE Yadong. Study on Crystallization and Foaming Properties of Hyperbranched Polyamide⁃reinforced Thermoplastic Polyurethane[J]. China Plastics, 2021, 35(11): 1-6.

图/表 10

图1 分子间氢键图

Fig.1 Intermolecular hydrogen bond diagram

图2 FTIR分峰图

Fig.2 Peak separation of FTIR spectra

样品	类别	自由羰基	氢键化羰基	氢键化指数/%
纯 TPU	位置	1 732	1 706	67.1
纯 TPU	面积	32.9	67.1	67.1
TPU/1 % HyPer	位置	1 731	1 705	71.5
TPU/1 % HyPer	面积	28.5	71.5	71.5

表1 HBI结果

Tab.1 Results of HBI

图3 TPU/HyPer复合体系的DSC曲线

Fig.3 DSC curve of TPU/HyPer composite system

样品	T_c/℃	结晶半峰宽（WHH）/℃	熔点（T_m）/℃	熔融温区/℃	结晶热焓（H_c）/J·g^-1	熔融热焓（H_m）/J·g^-1
TPU	67.4	15.4	158.1	72.6	3.247	4.77
TPU/0.25 %HyPer	70.1	15.3	156.6	106.4	5.236	5.44
TPU/0.5 %HyPer	71.1	15.2	155.5	106.8	5.467	5.70
TPU/1 %HyPer	72.8	14.4	153.0	108.2	6.752	6.23

表2 非等温结晶特征数据

Tab.2 Characteristic data of non?isothermal crystallization

图4 TPU降温流变曲线

Fig.4 Rheological behavior of TPU against temperature drop

图5 TPU/HyPer复合体系的动态流变特性

Fig.5 Dynamic rheological properties of TPU/HyPer composite system

图6 添加HyPer的TPU的发泡倍率

Fig.6 Foaming ratio of TPU with HyPer

图7 泡孔结构图

Fig.7 Cell structure diagram

性能

纯TPU

0.25 %

HyPer

0.5 %

HyPer

1 %

HyPer

表3 泡孔参数

Tab.3 Cell parameters

参考文献 13

1	EISENBACH C D ， RIBBE A ， CLAUDIA G. Morphological Studies of Model Polyurethane Elastomers by Element⁃specific Electron Microscopy［J］. Macromolecular Rapid Communications， 2010， 15（5）.
2	PRINCI E， VICINI S， STAGNARO P， et al.The Nanostructured Morphology of Linear Polyurethanes Observed by Transmission Electron Microscopy［J］. Micron， 2011， 42（1）：3⁃7.
3	BIN L， PENGZHI L， QI Y， et al. Dynamic Self Generation Hydrogen Bonding and Relaxation of Polymer Chain Segment in Stabilizing Thermoplastic Polyurethane Microcellular Foams［J］.Materials Today Communications， 2020， 24： 101056.
4	ZHANG R， HUANG K， HU S F， et al. Improved Cell Morphology and Reduced Shrinkage Ratio of ETPU Beads by Reactive Blending［J］. Polymer Testing， 2017， 63： 38⁃46.
5	LAPPRAND A ， MÉCHIN F， PASCAULT J P. Synthesis and Properties of Self⁃crosslinkable Thermoplastic Polyurethanes［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2007， 105（1）：99⁃113.
6	DOROUDIANI S， PARK C B， KORTSCHOT M T. Effect of the Crystallinity and Morphology on the Microcellular Foam Structure of Semicrystalline Polymers［J］. Polymer Engineering and Science， 1996， 36（21）： 2 645–2 662.
7	BALDWIN D F， PARK C B， SUH N P. A Microcellular Processing Study of Poly（ethylene terephthalate） in the Amorphous and Semicrystalline States. part I： Microcell Nucleation［J］. Polymer Engineering and Science， 1996， 36： 1 437⁃1 445.
8	BALDWIN D F， PARK C B， SUH N P. A Microcellular Processing Study of Poly（ethylene terephthalate） in the Amorphous and Semicrystalline States. Part II： Cell Growth and Process Design［J］. Polymer Engineering and Science， 1996， 36： 1 446⁃1 453.
9	JIANG X L， TAO L， XU Z M， et al. Effects of Crystal Structure on the Foaming of Isotactic Polypropylene Using Supercritical Carbon Dioxide as a Foaming Agent［J］. Journal of Supercritical Fluids， 2009， 48（2）： 167⁃175.
10	HOSSIENY N， SHAAYEGAN V， AMELI A， et al. Ch⁃aracterization of Hard⁃segment Crystalline Phase of Thermoplastic Polyurethane in the Presence of Butane and Glycerol Monosterate and Its Impact on Mechanical Pro⁃perty and Microcellular Morphology［J］. Polymer， 2017， 112：208⁃218.
11	臧萌，信春玲，何亚东，硬脂酸酰胺对热塑性聚氨酯氢键及等温结晶行为的影响［J］.北京化工大学（自然科学版），2020（2）：31⁃35.
	ZANG M，XIN C L，HE Y D， Effect of Stearamide on Hydrogen Bonding and Isothermal Crystallization Behavior of Thermoplastic Polyurethane［J］.Beijing University of Chemical Technology （Natural Science Edition）， 2020（2）：31⁃35.
12	POLLACK S K ， SMYTH G ， PAPADIMITRAKOPOULOS F ， et al. Development of Crystallinity in a Semiflexible Thermotropic Polyurethane. 2. Structure and Dynamics［J］. Macromolecules， 1992， 25（9）：2 381⁃2 390.
13	PIL J Y， CHANG D H. Effect of Thermal History on the Rheological Behavior of Thermoplastic Polyurethanes［J］.Macromolecules 2000， 33：2 171⁃2 183.

[1]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[2]	雷育杰, 陈明焕, 王洁瑶, 陈旺治, 李磊. 回收聚乙烯的交联发泡及其产品性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 124-129.
[3]	孙文博, 信春玲, 何亚东, 翟玉娇, 闫宝瑞. 玻璃纤维增强PBT微发泡工艺对其制品泡孔结构的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 1-7.
[4]	冀峰, 龚炜华, 张艳, 罗水源, 于庆雨, 朱君秋, 郭江彬. 超临界二氧化碳釜压发泡法制备生物可降解PBAT发泡颗粒[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 122-126.
[5]	雷经发, 沈强, 刘涛, 孙虹, 尹志强. 熔融沉积工艺参数对热塑性聚氨酯弹性体静动态力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 29-35.
[6]	李瑞, 姜艳峰, 吴双, 安彦杰, 姜泽钰, 张明强. 升温淋洗分级研究聚丙烯流延膜专用料的微观结构及热学表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 53-57.
[7]	翟玉娇, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞, 乔林军. 聚丙烯/超临界氮气微孔注塑充模过程工艺参数研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 69-74.
[8]	宋仁达, 武高健, 陈俊翔, 张有忱, 杨卫民, 谢鹏程. 微孔发泡PP/PET/CNTs复合材料的制备及其电磁屏蔽效能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 1-7.
[9]	翟玉娇, 信春玲, 何亚东, 闫宝瑞, 乔林军. 微发泡注塑制品表面质量的优化研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 19-26.
[10]	孙滔, 杨青, 胡健, 王洋样, 刘博, 云雪艳, 董同力嘎. 聚（乳酸⁃乙醇酸）薄膜制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 33-40.
[11]	李琪微, 王翠翠, 郑海军, 陈季荷, 王戈, 程海涛. 挤出循环对聚丙烯/竹粉复合材料力学及发泡性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 56-60.
[12]	王晓东, 花蕾, 董爱娟, 罗李华. 基于热失重分析对聚合物发泡剂ADC发气量测定方法的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 142-147.
[13]	王振华, 杨正, 琚澳迎, 鲁世科, 刘保英, 房晓敏, 丁涛, 徐元清. 不同增容剂对玻璃纤维增强聚甲醛复合材料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 53-60.
[14]	朱能贵, 沈超, 李胜男, 曾祥补, 蒋团辉, 张翔. 聚丙烯/粉煤灰微发泡复合材料的制备及发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 78-83.
[15]	毛晨, 刘番, 鄂毅, 邹姝燕, 龚兴厚. 纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 9-14.

超支化聚酰胺强化热塑性聚氨酯结晶及发泡性能的研究

Study on Crystallization and Foaming Properties of Hyperbranched Polyamide⁃reinforced Thermoplastic Polyurethane

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价