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上海交大李虹/華東理工王貴友 Macromolecules：二異氰酸酯的結構對交聯含氟聚氨酯阻隔化學毒劑性的影響

2023-10-27 來源：高分子科技

化學毒劑(CWAs)是毒性極強的化學物質，除對人和動物產生直接危害外，它還能滲透到裝備等漆層內部，從而造成后續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結構阻隔CWAs性能最優就是非常值得研究的問題。

近期，上海交通大學化學化工學院李虹副研究員與華東理工大學材料科學與工程學院王貴友副教授合作，將自制的含氟聚丙烯酸酯（圖1a）分別與四種不同結構的二異氰酸酯（圖1b）反應，合成了四種不同硬段結構的交聯含氟PU（圖1d），詳細研究了這四種交聯含氟PU對于神經性毒劑模擬劑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的化學結構、熱力學性能、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、吸附質量和擴散系數D_fick（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行了測定（圖8）。研究發現，相比與其它三種PU，脂環族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，脂環族含氟交聯聚氨酯(IP-PU)在防化學毒劑高分子材料方面具有潛在應用價值。

圖1 含氟聚丙烯酸酯、二異氰酸酯和交聯含氟聚氨酯的化學結構

圖2 不同聚氨酯的化學結構、熱力學性能、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量和粘彈性響應變化

圖6 DMMP和CEES在聚氨酯薄膜上的瞬時吸附行為和擴散系數D_fick

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”為題發表在《Macromolecules》上。文章第一作者是華東理工大學與上海交通大學聯合培養的碩士生陳徐聰。

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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（責任編輯：xu）

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