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聚氨酯(PU)具有橡胶和塑料的优良性能,其耐磨、耐低温、柔韧性好。它的成型加工灵活方便,可浇注、反应注射成型(RIM)和喷涂等,目前已发展成为一类很重要的工程材料,广泛应用于汽车、电子电气、建筑、医疗、军用等领域。
然而聚氨酯在结构上存在氨酯键,其热稳定性不够理想,易发生水解,使得其在特殊场合的应用受到限制。取而代之的聚脲几乎具有聚氨酯全部的优良特性,由于聚脲结构中双氢键的存在,分子间的作用力非常强,所以相对聚氨酯聚脲具有更好的热稳定性及耐水解性。尤其当聚脲分子链结构中存在一个或几个芳香结构单元的时候,相应聚脲制品优越的性能更加突出。
随着近20年来喷涂聚脲弹性体(SPUA)技术的崛起,使聚脲的成型技术扩展到一个全新的领域,同时也极大地丰富了聚脲在高性能领域的应用范围。但是聚脲的发展受到原料的限制,它的核心原料为氨基封端的预聚物,尤其是端氨基聚醚(ATPE)。在过去的近半个世纪里,尽管很多专利报道了不同结构、不同合成方法的ATPE,最终真正成为商品的却很少。到目前为止,美国Huntsman公司的牌号为Jeffamine的ATPE(脂肪族)是第一个产品。此外,美国Polaroid公司的牌号为Polamine的ATPE(芳香族)在上世纪90年代曾出现,但不久又从市场消失。
两官能团的端芳香氨基聚醚为一典型的柔性二胺,其可与芳香二酸酐反应制备线性热塑性聚醚酰亚胺弹性体(PEI)。该结构的PEI相对聚脲将具有更优越的耐热和耐水解性能。
备热塑性聚醚酰亚胺(PEI)弹性体。利用FTIR和DSC考察了聚醚酰胺酸(PEA)的亚胺化过程,并对PEI的耐热性和力学性能进行了表征。以端胺基丁腈橡胶(ATBN)为软相基体,双酚A环氧树脂(E-51)/液体芳香二胺(E100)为硬相基体,以氨基/环氧基等当量制备了一系列不同软硬段的样品。利用SEM、DMA、应力应变和抗剪切强度重点讨论了两相结构的组成、形成过程、形态和性能的关系。
本文创新之处
1)首次合成系列端氨基苯氧基封端的聚四氢呋喃醚(APTMEG)为软段的热塑性聚脲弹性体。不同端氨基取代位置、不同分子量的APTMEG的反应活性范围宽,从而赋予PUA较广的适用期范围;另外,APTMEG中的醚基替代了Polamine中的酯基,其PUA制品一方面具有比传统聚氨酯更好的热稳定性,另一方面其耐水解性能将有所提高。
2)首次制备对氨基苯氧基封端的聚四氢呋喃醚(p-APTMEG)为软段的热塑性聚醚酰亚胺(PEI)弹性体。其分子链由碳-碳、碳-氧、苯环、酰亚胺杂环组成,初始热分解温度高达420℃以上;由于软段的引入,预聚物在120℃即可完全热环化,而通常刚性结构的聚酰胺酸需要在200℃甚至更高的温度方可完全热环化,这为高性能PEI弹性体的制备提供一条简便而节能的途径。
3)利用环氧交联、增强端胺基丁腈橡胶(ATBN),制备两相共连续结构的环氧/丁腈结构胶。该结构胶在-50℃~75℃的宽温域具有优秀的延伸率、粘合强度,可满足一些特殊的形变场合。