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上海交大李虹/華東理工王貴友 Macromolecules：二異氰酸酯的結(jié)構(gòu)對交聯(lián)含氟聚氨酯阻隔化學(xué)毒劑性的影響
2023-10-27  來源：高分子科技

  化學(xué)毒劑(CWAs)是毒性極強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，除對人和動物產(chǎn)生直接危害外，它還能滲透到裝備等漆層內(nèi)部，從而造成后續(xù)洗消困難和二次危害。聚氨酯(PU)常作為裝備的面漆材料，怎樣的PU結(jié)構(gòu)阻隔CWAs性能最優(yōu)就是非常值得研究的問題。


  近期，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李虹副研究員與華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王貴友副教授合作，將自制的含氟聚丙烯酸酯（圖1a）分別與四種不同結(jié)構(gòu)的二異氰酸酯（圖1b）反應(yīng)，合成了四種不同硬段結(jié)構(gòu)的交聯(lián)含氟PU（圖1d），詳細(xì)研究了這四種交聯(lián)含氟PU對于神經(jīng)性毒劑模擬劑DMMP和糜爛性毒劑模擬劑CEES的吸附性和阻隔性。通過一系列測試表征了四種不同PU的化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性能、微觀形貌和表面組成和性能（圖2）。通過耗散型石英晶體微天平(QCM-D)研究了DMMP和CEES液體在四種PU薄膜表面的吸附行為、吸附質(zhì)量和擴(kuò)散系數(shù)Dfick（圖3-6）。采用氣相色譜(GC)及特定的前處理程序定量測定了DMMP和CEES在PU涂層內(nèi)部的保留率（圖7）。最后，通過正電子湮滅壽命譜儀(PALS)對PU的自由體積孔大小和分布進(jìn)行了測定（圖8）。研究發(fā)現(xiàn)，相比與其它三種PU，脂環(huán)族IP-PU對DMMP和CEES的吸附量最低、保留率最低，這歸因于IP-PU的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高、自由體積孔最小、表面微觀分相程度最低、表面氟含量最高。因此，脂環(huán)族含氟交聯(lián)聚氨酯(IP-PU)在防化學(xué)毒劑高分子材料方面具有潛在應(yīng)用價值。


圖1 含氟聚丙烯酸酯、二異氰酸酯和交聯(lián)含氟聚氨酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)


圖2 不同聚氨酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性能、表面形貌和組成


圖3 用QCM-D表征模擬劑在PU薄膜上的吸附行為的過程


圖4 QCM-D的測試曲線


圖5 DMMP和CEES在聚氨酯薄膜上的吸附質(zhì)量和粘彈性響應(yīng)變化


圖6 DMMP和CEES在聚氨酯薄膜上的瞬時吸附行為和擴(kuò)散系數(shù)Dfick


圖7 不同聚氨酯對DMMP液體和CEES氣體的保留率

圖8 不同聚氨酯的自由體積大小和分布


  該工作以“Cross-Linked Fluorinated Polyurethanes against Chemical Warfare Agent Simulants: Properties Affected by the Structure of Diisocyanate”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。文章第一作者是華東理工大學(xué)與上海交通大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士生陳徐聰。


  原文鏈接 https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c01489


  下載：Cross-Linked Fluorinated Polyurethanes against Chemical Warfare Agent Simulants: Properties Affected by the Structure of Diisocyanate

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