动态可逆交联高性能热塑性弹性体的研制-1
合作区域: 国内
拟投入总金额: 100.0万元
所属地域: 云龙镇
技术领域: 高分子改性反应与方法
技术交易金额: 万元
截止日期: 2023-12-31
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信息描述
研发背景:

热塑性树脂材料与热固性树脂材料主要差别在于:热塑性树脂材料大多数线型聚合物,加热后能发生流动变形,冷却后又可以保持一定形状;热固性树脂材料则呈网络交联结构,固化成型后,无法再次进行塑化加工,但是由于热固性树脂存在化学交联,因此也具有耐高温、刚性大、制品尺寸稳定性好等特点,这是常规热塑性树脂材料不具备的。此外,热塑性聚氨酯弹性体(tpu)作为一类嵌段线型聚合物,在线性分子间存在氢键交联或大分子链间轻度交联,随着温度的升高或降低,这两种交联结构具有可逆性;在熔融状态或溶液状态,分子间力减弱,而冷却后又由于分子间作用力连接在一起,恢复原有固体的性能,tpu特殊的分子结构赋予了其高模量、高强度、高伸长率、高弹性等性能。然而,由于tpu分子间氢键的作用力较弱,在不断加工和长期使用过程中,由于热机械疲劳、物理老化等原因,在材料内部易出现点、面缺陷或微裂纹等,由于这些缺陷基本是不可修复的,最终导致材料的总体性能下降。

为了延长材料的使用寿命,在长期使用过程中保证材料的稳定性,减缓缺陷的出现,有研究人员提出了一种自修复材料,即在材料中引入可进行可逆狄尔斯-阿德尔(d-a)反应的物质或结构。由于d-a是通过亲双烯体与双烯体分子间的一种环加成协同反应,由于该反应是热可逆的,在外界热刺激下,随着d-a的反应和逆反应的发生,可进行分子间的动态交联,从而实现对材料缺陷的自我修复。例如,专利cn201310006811.8提供一种可逆共价交联的热塑性聚氨酯,采用含有马来酰亚胺侧基(亲双烯体)的小分子二元醇扩链剂与异氰酸酯以及长链多元醇反应得到预聚体,之后加入至少含两个呋喃基团(双烯体)的交联剂得到可逆交联的tpu,然而,该专利方案中的可逆扩链剂需要在大量有机溶剂存在下制备得到,溶剂后期回收困难,只适用于实验室少量研究,难以规模化工业生产;专利cn201710046449.5公开了一种可用于3d打印的聚氨酯,通过含呋喃环的多元醇、二异氰酸酯、端基为马来酰亚胺的二异氰酸酯、树枝状聚合物聚合得到,但该专利在聚氨酯合成过程中直接加入交联剂马来酰亚胺封端的二异氰酸酯组合物会导致反应体系分子量增长受限,并最终影响到材料的综合性能和应用;与之相似的,专利cn201710032884.2和cn201710032790.5采用的是含马来酰亚胺的多元醇、二异氰酸酯、端基含有呋喃基团的三异氰酸酯组合物或三马来酰亚胺封端的三异氰酸酯组合物、树枝状聚合物制备得到的3d打印聚氨酯材料,由于聚合过程中马来酰亚胺封端的三异氰酸酯组合物的存在,同样易导致材料的线状链结构增长受限制,导致材料的弹性不足,同时三异氰酸酯组合物结构导致分子间交联点密度过高使得材料呈现脆性。

现有对于聚氨酯以及热塑性聚氨酯材料可逆交联的研究,主要集中在对大分子多元醇、扩链剂或者异氰酸酯采用亲双烯体或者双烯体进行修饰改性后再进行一步聚合反应,若采用上述一步法制备可逆交联的tpu会限制tpu的链状分子结构的增长,此外,会影响tpu的线性链状结构,并导致最终材料弹性明显下降甚至呈现脆性,难以达到热塑性聚氨酯反复加工成型的要求,同时材料耐温性不足并最终影响其加工和应用。

主要内容:

(1)动态可逆化学交联剂的分子设计、合成及结构组成调控;

(2)动态可逆交联热塑性弹性体体系的动态交联规律;

(3)动态交联热塑性弹性体体系的各类性能调控规律;

(4)动态交联热塑性弹性体体系的可逆循环性能;

(5)体系各类性能的调控与优化;

(6)动态可逆交联热塑性弹性体体系的加工流变性能。

前期研究开发基础:

1、聚泰公司建有宁波市级企业研究开发中心,目前拥有专业研发人员17人,占企业职工总人数的18.28%,其中核心研发人员7名,占全部研发人员的41%,其中硕士4人,具有大专以上学历或中级职称以上人员100%。公司在拥有强大研发人力资源的同时,特别重视研发中心的人才队伍建设,以研发创新带头人为核心,强化以人为本的管理理念,打造企业研发创新团队。

2、公司由多年从事热塑性弹性体研发的高分子材料领域专家领导的研发团队与国内知名大学及科研院所共同合作,汇集了材料学、高分子材料科学与工程、模具工程等方面的专业人才,负责公司产品的研发、生产及应用,在客户选材、模具优化、工艺设计及安规认证等方面提供周到优良的服务。

3、聚泰公司已经建立以科技项目为核心的项目管理机制和完善的科技管理制度, 包括项目立项、实施、验收、经费管理、知识产权、成果产业化、成果奖励等。依托聚泰企业技术研发中心,以“互利共赢”为原则,积极开展对外合作,引进外部项目,提升企业技术实力。建立了统和规范的知识产权管理体系,加强知识产权保护,防范知识产权风险。

4、公司之前与浙江工业大学等高校开展技术合作的案例和基础。

现有的生产和研发的设备:
攻关目标:

1、采用实验室双螺杆挤出机对体系配方开发研究,研究动态可逆化学交联剂的分子设计、加工工艺对性能的影响规律和机理,确定合适的配方;

2、开展工业化试制和生产的技术研发工作,购买设备和生产线,确定生产流程,进一步优化配方组成和工艺参数,实现产品的工业化生产。

 

成果形式:

公司根据研究开发设计测试方法和标准,中式样品(批量生产超过300KG),经第三方检测机构测试,测试达到目标指标,项目可以通过验收。