發布時間：2018.03.29 新聞來源：江蘇永恒安防科技有限公司

聚脲彈性體夾芯防爆罐材料具有較高的抗沖耐磨性、良好的防滲效果、耐腐蝕性強以及優異的綜合力學性能，在國防、工民建及水利水電工程中得到了廣泛應用。在這個技術領域中，引人注目的是由聚氨酯發展而來的聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體材料。  聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體是國外近20年來為適應環保需求而研制開發的一種新型綠色材料[1]。聚脲彈性體夾芯防爆罐集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼多種功能于一身，全面突破了傳統環保型涂裝技術的局限[2]。  聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體材料一般是由高活性端氨基聚醚和多元胺擴鏈劑與多異氰酸酯反應制備而成，因為氨基與異氰酸酯基的反應速度很快，不需要使用催化劑。如今市場上用來做聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的原料異氰酸酯一般都是MDI，而作為軟段的氨基化合物一般都是氨基聚醚。通過對聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體合成工藝技術的不斷改進，將把我國的聚氨酯、涂裝技術水平推向一個新階段。    1976年，Rowton就在聚氨酯涂料的R組分中添加了Jefferson化學公司的端氨基聚醚[3]，合成了聚氨酯脲，但其添加端氨基聚醚的目的是為了提高聚氨酯涂料在不平整基材表面的抗下陷性能，同時Rowton認為端氨基聚醚與A組分異氰酸酯的反應速度過快，難以在工程上進行實際操作，不具備工程實用價值。  1980年代中期，在Gusnler公司的配合下，Texaeo(現Huntsman公司)公司在化學家Primeaux[4] 的帶領下，在其Austin的實驗室，率先研發成功了聚脲彈性體夾芯防爆罐噴涂涂料技術。  Broekaert等[5]研究了異氰酸酯異構體，高平均官能度異氰酸酯預聚體對聚脲彈性體夾芯防爆罐涂料的固化速度、固化效果及涂層力學性能的影響，研究表明：高MDI含量的異氰酸酯A組分會使涂料的凝膠時間有效降低，但同時卻使涂層的拉伸強度和撕裂強度降低，通過Huntsman公司的技術對MDI改性后，可在延長涂料凝膠時間的同時保持力學強度不下降；高平均官能度A組分制得的聚脲彈性體夾芯防爆罐涂料力學性能不如低平均官能度A組分制得的聚脲彈性體夾芯防爆罐涂料的主要原因是高平均官能度A組分的粘度過高導致混合效果變差；如果能夠采取合適技術降低高平均官能度A組分的粘度，可望在延長凝膠時間的同時制得力學性能更加出色的聚脲彈性體夾芯防爆罐涂料。  Lee等人[6]用4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯與Jefflamine-ED2001合成預聚物，再用3,5-二胺苯甲酸進行擴鏈合成了聚脲彈性體夾芯防爆罐。文章用DMSO-d6溶劑并在室溫下用核磁氫譜表征了所合成聚脲彈性體夾芯防爆罐的結構，并指出脲鍵氫的化學位移在8.53ppm和5.35ppm處。  Yadav等人[7]用六亞甲基二異氰酸酯和己二胺在環己烷與水的混合液中合成了聚脲彈性體夾芯防爆罐微膠囊，并用廣角X射線衍射分析聚脲彈性體夾芯防爆罐微膠囊的結晶情況，結果發現在2為20.0有一個強度比較小的漫散射峰，證明所合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐微膠囊有結晶存在，但結晶程度不大。  在國內，黃微波等人[2]進行了大量關于噴涂聚脲彈性體夾芯防爆罐的研究，并成功開發了適應于工業應用的噴涂聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體。  郝敬梅等[8]通過冰乙酸和己二胺(HDA)反應，合成一種新型的酞胺擴鏈劑二乙酞己二胺(MHDA)，將HDA和MHDA分別與4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯反應，制備芳香族聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體。與HDA擴鏈劑合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐相比，由MHDA合成聚脲彈性體夾芯防爆罐的反應速率大大降低。文章還對所合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體材料進行了力學性能測試，用HDA擴鏈劑合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐材料拉伸強度為19.3MPa，斷裂伸長率為280%；用MHDA擴鏈劑合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐材料拉伸強度為25.2MPa，斷裂伸長率為360%。  李雪蓮等人[9]以4,4’-二苯甲烷二異氰酸酯和間苯二胺為預聚單體，N,N-二甲基乙酞胺(DMAc)為溶劑，經兩步法溶液聚合制備了芳香族聚脲彈性體夾芯防爆罐。文章采用IHNMR表征了聚脲彈性體夾芯防爆罐樣品的化學結構，指出與苯環相鄰的亞甲基氫的響應峰在3.8ppm左右，在8.5ppm-8.7ppm之間的兩個響應峰為脲中NH鍵的響應峰，對應NH基團在聚脲彈性體夾芯防爆罐分子鏈中的兩種化學環境。苯環上氫的響應峰在7.3ppm左右。文章還用TGA表征了材料的熱性能,并指出所合成聚脲彈性體夾芯防爆罐的大分解速率處溫度為290℃。  楊娟等人[10]通過丙烯腈和異佛爾酮二胺(IPDA)的加成反應，合成了一種新型的二元仲胺擴鏈劑(MIPDA)。將IPDA和MIPDA分別與異佛爾酮二異氰酸酯和端氨基聚醚反應制備了脂肪族聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體。文章采用FTIR對所合成的聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體進行了表征，并通過對FTIR譜圖的分析發現反應很完全，并且脲鍵上氫的氫鍵化程度很高。  3 聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的結構與性能  聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的結構比較復雜。它不僅有柔性鏈段和剛性鏈段，同時還有規整重復的脲基聯結鏈和其它聚合物化合物的聯結鏈段；它既有直鏈和支鏈，也還有交聯鍵；它不僅含有脲基，同時還含有大量的各種各樣的其它基團和某些化合物聯結。除此之外，各種聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體在分子結構，分子鍵的作用力，分子的聚集態和微相分離等方面，彼此間還有著很大的差異。正因為如此，聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體所表現出來的性能必然是多種多樣的。只有了解和掌握了某種聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的結構，才有可能判斷出它的大致性能，確定它的大致使用的范圍。在充分了解聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體結構與性能的關系之后，就可能根據實際應用中所需要的性能，來進行聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的結構設計和合成工藝的配方。因此，討論與研究聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體結構與性能關系的目的，就是要起到溝通聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的合成與應用的橋梁作用。般來說，芳環和脲基具有較強的分子間作用力，而醚基卻表現出相當好的柔順性。 醚基之所以具有較好的柔順性，是由于相鄰的亞甲基被醚的氧原子所分開，被分開的亞甲基上的氫原子也被隔離較遠，這樣便削弱了這兩個亞甲基的氫原子之間的相互排斥力，使得鍵的旋轉變得容易的緣故。所以，醚基的分子內聚能(l.00)雖比亞甲基的(0.68)高，但聚醚的熔點僅僅在55-70℃的范圍，而聚乙烯的熔點卻高于110℃。  另外，各基團的熱分解穩定性直接影響到聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的耐熱性能。熱穩定性差的基團容易軟化或分解，這會明顯的降低聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的耐熱老化性能。聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體分子鏈段的柔性，來自聚合物鏈段上各個鍵的自由旋轉性。高分子聚合物的鏈是由幾百至幾千個共價鍵所組成，它的單鍵呈軸向對稱分布，具有內旋轉性。由于幾百至幾千個共價鍵都在各自不停的旋轉，長長的鏈段也會在空間不停的產生各種構象。這樣，就使得高分子鏈成為一種不斷變化的彎彎曲曲的形狀。這些高分子鏈纏繞在一起，就像一個雜亂的線團，故又稱為無規線團。也由于單鍵的內旋轉頻率很高，所以，無規線團的形態也變化的很快。它們時而卷曲收縮，時而又擴張伸展，顯示出非常柔順的性能，這就是分子鏈段的柔順性。  但是事實上，聚合物分子鏈段的內旋轉性，并不是完全自由的，不同程度的受到分子鍵作用力和立體效應等的限制。例如，某一聚合物，它的分子之間的作用力越大，分子主鏈上帶有的基團結構也很龐大時，則鏈段的旋轉勢壘也就越大，鏈段的柔性也就越小。所以，人們又把鏈段受到束縛而不易旋轉和不易發生構象變化的狀態稱之為剛性。  含有較大柔性鏈段的聚合物，具有良好的彈性，較低的熔點和玻璃化轉變溫度。屬于這一類的有：含有醚基、硫醚基團的聚合物等。含有較大剛性鏈段的聚合物，具有很高的強度、硬度、以及低的彈性和溶脹性。屬于這一類的有：含有芳核的聚合物和極性大的脲基的鏈段等。  在聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體聚集態結構中，分子中的剛性鏈段，由于其內聚能很大，彼此結合在一起，形成被稱為微區的小單元，這些小單元的玻璃化溫度遠高于室溫，在常溫下它們呈玻璃態、次晶或微晶，因此把它們稱之為塑料相或硬段相。聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體分子鏈中的柔性鏈段也聚集在一起，構成聚脲彈性體夾芯防爆罐的基質或基體，由于其玻璃化溫度低于室溫，故稱為橡膠相或軟段相。  在聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的聚集態結構中，塑料相不溶于橡膠相，而是均勻分布在橡膠相中，起著彈性交聯點的作用，此現象稱為微相分離。聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體在固體狀態下使用，在各種外力作用下所表現的機械強度是其使用性能重要的指標。機械強度主要取決于化學結構的規整性、大分子鏈的主價力、分子間的作用力，大分子鏈的柔韌性和上面所提到的微相分離。聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的結晶傾向越大，強度也趨向越大。凡是有利于結晶的因素，如分子的極性大、結構規整、碳原子數為偶數、無側基支鏈等，都能提高彈性體的機械強度。但是，作為彈性體是在高彈狀態下使用的，不希望出現結晶。這樣，就需要通過配方和工藝設計，在彈性和強度之間找到佳平衡，使制備的聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體在使用溫度下不結晶，具有良好的橡膠彈性，而在高度拉伸時能迅速結晶，并且這種結晶的熔化溫度在室溫上下。當外力解除后，該結晶立即熔化。毫無疑問，這種可逆性的結晶結構對提高彈性體的機械強度是頗為有益的。聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體能否具有上述可逆結晶結構，主要取決于軟鏈段的極性、分子量、分子間力和結構的規整性。  一般來說，聚酯的分子極性和分子間力大于聚醚，所以聚酯型聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的機械強度大于聚醚型。聚烯烴型的極性很小，所以聚烯烴型聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的機械強度會比較低。軟鏈段中若引入側基，使大分子間的作用力減弱，會降低機械強度此外，軟段分子量對彈性體的機械強度也是有一定影響的。 硬鏈段的結構對聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的機械性能也有直接的和間接的影響。通常，聚脲彈性體夾芯防爆罐彈性體的硬鏈段由異氰酸酯和擴鏈劑形成，它們都含強極性的化學結構脲基和剛性的苯環。異氰酸酯中的龐大芳環對提高彈性體的強度起著很大的作用。異氰酸酯的芳環越龐大，由它所制備的彈性體的物理機械強度越高。這是因為芳環越龐大，基團的剛性越強。所以將龐大的芳環引入鏈段之中就能大大地加強彈性體的剛性。另外，也應指出，由于芳環的過于龐大，就有較大的空間位阻效應，阻礙著聚合物鏈的相互靠近和規整排列，從而鏈段不易結晶，從而使之具有較好的低溫柔順性。