IPDI改性水性醇酸乳液的制备及性能研究

水性醇酸涂料漆膜的硬度、光泽与耐水性较油性醇酸涂料差,改进这些性能对水性醇酸涂料的推广应用有重要意义。本研究以大豆油、季戊四醇及苯酐为原料,采用醇解法合成醇酸预聚体,并引入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)改性,通过相反转法制成IPDI改性水性醇酸乳液。研究了IPDI用量、中和剂AMP-95用量、乳化工艺对水性醇酸乳液性能的影响。结果表明:当IPDI用量(以苯酐的质量计)为50%,AMP-95用量(以树脂的质量计)为0.6%,乳化剂用量(以树脂的质量计)为5%,搅拌速度为4000 r/min时,所制得的水性醇酸乳液漆膜硬度达2H,光泽为90.87,表干2 h,耐水性24 h无异常,漆膜综合性能表现良好。

FTIR法研究IPDI/DMPA的聚合反应动力学

用傅里叶变换红外光谱 (FTIR)法研究了脂肪族水性聚氨酯乳液制备的关键反应 ,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) /二羟甲基丙酸 (DMPA)的反应动力学 ,并探讨了催化剂二月桂酸二丁基锡对反应速率的影响。结果表明 :该体系反应属于二级反应 ,其表观活化能为 3 0 .1kJ/mol,催化剂的使用可大幅提高反应速率常数 ,但对表观活化能的降低程度不太大。

不同催化剂条件下HTPB/IPDI黏结剂体系的固化过程

为了解不同催化剂[二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、乙酰丙酮铁(Fe AA)、辛酸亚锡(TECH)、三亚乙烯二胺(DABCO)、三苯基铋(TPB)、纳米氧化锌(nano-ZnO)]条件下HTPB/IPDI黏结剂体系的固化过程,采用黏度法研究了45℃时,不同催化剂作用下,端羟基聚丁二烯(HTPB)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)体系的黏度-时间关系,并探讨了固化反应速率的变化。结果表明,45℃时,无催化剂和不同催化剂作用下HTPB/IPDI体系的流变反应速率常数分别为:k_(blank)=0.002,k_(DBTDL)=0.045,k_(FeAA)=0.0439,k_(TECH)=0.0335,k_(DABCO)=0.0051,k_(TPB)=0.0036,k_(nano-ZnO)=0.0034。不同催化剂对HTPB/IPDI体系固化反应速率常数的影响效果为:DBTDL>Fe AA>TECH>DABCO>TPB>nano-ZnO。在HTPB/IPDI体系中,使用DBTDL,Fe AA,TECH,DABCO,TPB,nano-ZnO作为催化剂时,黏结剂体系的适用期分别为0.3,0.7,1.9,6.7,16,18 h。通过固化过程中浆料适用期和反应速率常数k的变化情况分析,认为TPB更适合作为HTPB/IPDI体系的固化催化剂。黏度对数随时间的增长趋势均呈现出前期快后期慢,向图线右下方偏离的两阶段现象。造成这一现象的主要原因是由于IPDI中NCO基团反应活性的明显差异导致:IPDI中的伯NCO基受到环己烷环和甲基的位阻效应,其反应活性明显低于环上的仲NCO基的反应活性。

DDI/IPDI固化聚氨酯力学性能及其在PBX炸药中的应用

研究了新型混合固化剂二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)固化端羟基聚丁二烯(HTPB)基聚氨酯的力学性能及其在PBX炸药中的应用。结果表明,当混合固化剂中DDI与IPDI的异氰酸酯基(NCO)的摩尔比为1/3时,HTPB基聚氨酯的拉伸强度和延伸率达到最大值(0.427 MPa和579.9%)。当DDI与IPDI的NCO摩尔比为1/1时,聚氨酯的压缩失效载荷最高。DDI/IPDI固化的HTPB基聚氨酯的延伸率是甲苯二异氰酸酯(TDI)固化聚氨酯的2.51倍。DDI/IPDI固化的PBX炸药的压缩率比使用TDI提高57.3%。使用DDI/IPDI时,PBX药片撞击感度试验和药片剪切试验的反应阈值提高了0.25 m以上,PBX的撞击安全性得到改善。

IPDI基浇注型聚氨酯弹性体性能的研究

采用不同品种的多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯(IPD I)反应合成了浇注型聚氨酯弹性体,研究了不同多元醇结构对IPD I型聚氨酯弹性体性能的影响;用红外光谱表征了聚氨酯弹性体的结构,并对其进行了力学性能、动态性能和耐溶剂性能测试。结果表明,聚酯多元醇(Pol-2456)的聚氨酯弹性体力学性能最好;聚醚和聚酯型聚氨酯弹性体在较高温度下tanδ值仍然保持在0.4左右,可以作为阻尼材料;端羟基聚丁二烯的聚氨酯弹性体的动态性能最好,峰值为0.715(-60.4℃),-10℃以下,tanδ值基本保持在0.2左右,且具有好的耐溶剂性。

FT-IR法研究IPDI与GAP预聚及预聚物和NC的固化反应

用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)-异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)预聚物以及-NCO基团封端的GAP预聚物/硝化棉(NC)体系固化反应动力学进行了研究。结果表明,两种体系的固化速率均随着温度的升高而加快;当固化催化剂T12的质量分数为0.025%时,两种体系固化反应的表观活化能分别为64.88kJ/mol和111.19kJ/mol,且均表现为二级动力学反应。

IPDI型HTPB推进剂界面软化因素研究

根据界面推进剂状态和粘接拉伸强度,研究了HTPB IP DI推进剂界面软化的影响因素。结果表明,存放期间半固化衬层吸收的水分是HTPB IPDI推进剂界面软化的根源;衬层吸水量的大小决定界面软化的程度;衬层中的吸水性填料、存放时间和环境湿度影响衬层的吸水量;而衬层中的固化催化剂、推进剂中的碱性功能助剂ZGY及高固化温度等因素对界面软化起着明显的促进作用。

HTPB/IPDI推进剂装药界面弱粘接增强技术

采用红外光谱、三维光学变形分析、凝胶含量及界面粘接性能测试等方法,研究了HTPB/IPDI推进剂装药界面弱粘接的增强技术。研究表明,衬层成型前,采用表面处理剂(STA-7),对绝热层表面进行预处理,可抑制近界面推进剂弱强度层的形成,显著提高界面粘接强度。绝热层表面预处理后,近界面推进剂的凝胶含量可提高约90%,联合扯离强度提高400 k Pa以上,达到与推进剂本体强度相当的水平,试件破坏形式与其等效应力云图相符。

扩链剂对HTPB／IPDI聚氨酯反应流变性和微观结构的影响

借鉴橡胶硫化反应的测定方法,采用无转子硫化试验机对不同扩链剂HTPB/IPD I系聚氨酯的扩链反应过程进行了流变学分析,利用AFM考察了材料的微观结构。结果表明,不同反应活性的扩链剂导致了HTPB/IPD I系聚氨酯反应流变性的极大差异,1,4-丁二醇扩链反应t100为13 046 s,3,3'-二乙基-4,4'-二苯基甲烷二胺需要3 958 s反应完全,脂肪族二胺D-230凝胶非常快,仅758 s完全固化。提出聚氨酯软/硬段的热力学不相容性、反应流变性及链段的运动能力是决定聚氨酯微观结构的3个因素的观点,并通过3种聚氨酯不同微观结构形成因素的分析验证了该观点的正确性。

HTPB/IPDI弹性体的粘-超弹性本构模型研究

研究了HTPB/IPDI弹性体材料单轴等速拉伸及拉伸松弛的力学特性,材料的应变率相关性及松弛特性明显,表现出了较为显著的粘弹性特征;材料在拉伸载荷下有较大的变形量。因此,将Yang L M等提出的适用于橡胶动态特性的粘-超弹本构模型改进应用于HTPB/IPDI弹性体的静态及准静态力学中。模型由超弹模型及粘弹模型并联组成。用实验结果对模型中的参数进行拟合,并用拟合结果预测其他应变率下的实验结果,拟合及预测结果与实验吻合较好。

提高IPDI丁羟推进剂低温力学性能研究

实验研究了IPDI丁羟推进剂低温力学性能不稳定且偏低的问题。结果表明 ,导致IPDI丁羟推进剂低温力学性能不稳定且偏低的原因是助剂TB与粘合剂系统不相容 ,从而使较多的TB向固体填料表面聚集 ;同时 ,因IPDI的反应活性低 ,导致能进入粘合剂网络的TB量较少 ,而使助剂H更多地进入粘合剂网络。这就使推进剂力学性能对助剂TB进入网络的量变化敏感 ,导致推进剂低温力学性能不稳定 ;另一方面 ,由于助剂TB与H没有产生如同TDI丁羟推进剂中的协同效应 ,也使其低温力学性能偏低。在此基础上 ,提出了解决该问题的技术途径。

预聚体法制备HTPB/IPDI基聚氨酯弹性体材料

以端羟基聚丁二烯 (HTPB) ,异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)为主要原材料合成了预聚体 ,采用 3,5 二甲硫基甲苯二胺 (DMTDA)作为交联剂 ,制备了聚氨酯弹性体材料。研究了聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及热处理对材料力学性能的影响 ,不同贮存条件对聚氨酯预聚体性能以及材料性能的影响。结果表明 ,合成的聚氨酯预聚体具有良好的贮存性能 ,调整聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及高温热处理都能够提高聚氨酯弹性体材料的力学性能 ,当预聚体NCO质量分数控制在 5 .6 8%左右 ,NCO/NH2 摩尔比控制在 1 .2 0 ,在 1 2 0℃下热处理时间为 2h时 。

PEG-IPDI-DMPA嵌段离聚体的合成与表征及其在水相中的溶液行为

采用溶液聚合法合成了PEG-IPDI-DMPA嵌段离聚体,通过FTIR、1H-NMR、GPC、DSC、TEM对其结构进行了表征;并通过粒径、比浓粘度、旋转粘度和电导率,对其在水相中的溶液行为进行了研究。红外光谱分析证实,合成获得了预期的聚氨酯结构嵌段离聚体;差示扫描量热分析证明,离聚体分子链段是由硬段和软段两相组成的嵌段共聚物;经透射电镜观察,嵌段离聚体在水溶液中呈现出较为规整的球形粒子状态。PEG-IPDI-DMPA嵌段离聚体粒径都在200nm左右;PEG-IPDI-DMPA嵌段离聚体是剪切变稀的。

催化剂对HTPB-IPDI黏合剂体系的固化催化作用研究

为了降低黏合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)和固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的固化反应温度,提高生产效率,缩短固化时间,研究了二月桂酸二丁基锡(T-12)、乙酰丙酮铁(Fe(AA)3)和三苯基铋(TPB)3类催化剂对HTPB-IPDI黏合剂体系固化催化作用的影响。实验结果表明,加入TPB质量分数为0.05%时,其适用期可以达到6 h,TPB是HTPB-IPDI黏合剂体系比较理想的固化催化剂。

IPDI聚酯型水性聚氨酯的合成研究

以聚酯二元醇OxyesterT1136、异氟尔酮二异氰酸酯 (IPDI)、二羟甲基丙酸 (DMPA)为原料 ,采用内乳化法合成了阴离子型水性聚氨酯皮革涂饰。研究了影响乳液及成膜物性能的各种因素。结果表明 ,此种聚酯型水性聚氨酯有优异的机械性能和耐黄变。

高燃速HTPB/IPDI推进剂低温力学性能研究(Ⅰ)细AP及工艺助剂PA的影响

研究了细粒度 AP及工艺助剂 PA含量对丁羟高燃速推进剂低温 (-4 0℃ )力学性能的影响 ,结果显示 :大量细粒度AP加入高燃速配方中 ,一方面加剧了单向拉伸过程中填料 (主要是细 AP)颗粒附近的应力集中 ;另一方面降低了填料 /粘合剂间的粘结强度 ,是造成低温力学性能偏低的主要原因。由于工艺助剂 PA极性及刚性 ,使得它易于富集于填料表面 ,低温下降低了界面层的柔性 ,物理作用也极大地束缚了填料附近粘合剂网络的分子运动 ,因此 ,它在改善工艺性能的同时 ,对推进剂低温力学性能有不利影响。

扩链剂对IPDI基透明聚氨酯弹性体的影响

采用异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)和不同结构的扩链剂、多元醇合成了透明聚氨酯弹性体 ,通过DSC、TG、WAXD等研究了聚氨酯弹性体的形态结构和力学性能、热稳定性及光学透明性。结果表明 ,扩链剂结构对聚氨酯弹性体形态结构和力学性能、热稳定性及光学透明性有很大影响。降低扩链剂长度有利于微晶的长大、微相分离程度及力学性能的提高 ;增加扩链剂用量 ,聚氨酯弹性体的微相分离程度、微晶尺寸、力学性能及热稳定性能提高 ;硬段含量对聚氨酯弹性体光学透明性的影响不明显。

防老剂对HTPB-IPDI高燃速推进剂性能影响研究(Ⅱ)

采用高温加速老化方法 ,研究了胺类防老剂 H(N,N′-二苯基对苯二胺 )和酚类防老剂甲叉 44 2 6 -S(硫代双 -3,5 -二叔丁基 -4 -羟苄基 )对 HTPB/ IPDI高燃速推进剂贮存性能的影响。实验结果表明 ,随着贮存时间的延长 ,推进剂的常温抗拉强度升高 ,常温、高温、低温下的伸长率降低 ,加入甲叉 44 2 6 -S的 HTPB/ IPDI推进剂的高温贮存性能优于防老剂 H。

海藻酸钠/IPDI凝胶微球的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)作交联剂 ,通过静电脉冲液滴技术制备了海藻酸钠 /IPDI凝胶微球。作为一种新型的离子吸附剂 ,海藻酸钠 /IPDI凝胶微球对Pb2 +具有较高的去除率 (最大为 99 5 7% ) ,很强的富集能力、较低的极限吸附浓度 (0 4 3 4 μmol/L)和较高的质量交换量 (饱和交换量为 :Pb 3 82 6mg/g在干海藻酸钠 /IPDI中 )。其离子交换速率比传统离子交换树脂快得多。动态吸附实验结果表明 ,海藻酸钠 /IPDI微球对Pb2 +的吸附选择性远远大于Ca2 +。

IPDI型水性聚氨酯预聚体水分散性及乳液成膜物力学性能的研究

以自制不同相对分子质量的聚己二酸-新戊二醇酯二醇(PNA型聚酯二醇)和异佛尔酮二异氰酸酯(IP-DI)为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,水合肼为扩链剂,制备了IPDI型的水性聚氨酯乳液。研究了PNA聚酯二醇相对分子质量对IPDI型预聚体黏度和水分散性的影响。实验结果表明,将PNA聚酯二醇的相对分子质量控制在1 400以下时,用低相对分子质量的PNA与IPDI的预聚体具有黏度低、易于水分散的特点,可以实现水分散时不加或少加有机溶剂降黏的目的;利用万能材料试验机、XRD、FT-IR和差示扫描量热仪等仪器对所得乳液成膜物的力学性能进行了测试,结果表明:用低相对分子质量的(<1 400)PNA合成的IPDI型乳液的成膜物力学性能可以满足应用的要求。