CN107674628A - 一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂及其合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂及其合成方法，其结构式如(Ⅰ)所示。其合成过程包括以下步骤：以聚四氢呋喃二醇为引发剂，烯丙基缩水甘油醚为单体经过阳离子开环聚合反应得到三嵌段型烯基聚醚粘合剂。本合成方法简单，三嵌段型烯基聚醚粘合剂能赋予聚异噁唑啉弹性体较高的力学性能。

Description

一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂及其合成方法
技术领域
本发明涉及一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂及其合成方法，该化合物可作为固体推进剂的粘合剂，属于高分子材料技术领域。
背景技术
端羟基聚丁二烯(HTPB)是一种具有活性端羟基的“遥爪”型高分子化合物，具有良好的理化性能、玻璃化转变温度和粘度低、工艺与力学性能好、可容纳比较高的固体含量等优点，是目前固体推进剂研究和应用最为广泛的粘合剂。HTPB粘合剂可使用异氰酸酯固化剂固化形成聚氨酯弹性体，但是异氰酸酯固化剂固化时存在固化条件苛刻、对水敏感、固化温度高等问题。
为了解决HTPB粘合剂固化时存在的上述问题，科研人员开发了以腈氧化物为固化剂的聚异噁唑啉交联固化体系，即利用HTPB分子结构中的双键基团与腈氧化物固化剂中的腈氧基团发生1,3-偶极环加成反应生成异噁唑啉环来固化。例如樊亚勤等人《对苯二腈氧化物的合成及其室温固化性能》精细化工，2017(9)：1063-1069中报道了采用聚丁二烯为粘合剂，对苯二腈氧化物为固化剂室温固化制备了聚异噁唑啉弹性体。研究结果表明：随着固化剂用量的增加，弹性体的拉伸强度逐渐增加，断裂伸长率逐渐减小，当固化剂用量为10％时，制备的弹性体拉伸强度为0.35MPa，断裂伸长率为53％，拉伸强度和断裂伸长率等力学性能均偏低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足，提供一种能赋予聚异噁唑啉弹性体较高力学性能的三嵌段型烯基聚醚粘合剂及其合成方法。
本发明的构思是：HTPB基聚异噁唑啉弹性体力学性能偏低的原因是HTPB粘合剂中反应性的双键基团均匀分布在分子链中，固化后形成的交联网络结构不规整，缺陷多。为了提高弹性体的力学性能，本发明设想合成出一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂，其中含有烯基侧链的嵌段分布在聚醚分子链的两端，以提高了固化后形成交联网络结构的完整性。
为了解决上述技术问题，本发明的三嵌段型烯基聚醚粘合剂，其结构式如下所示：
其中，X＝4～10，为整数；Y＝10～40，为整数；Z＝4～10，为整数。
本发明的三嵌段型烯基聚醚粘合剂合成路线如下所示：
其中，X＝4～10，为整数；Y＝10～40，为整数；Z＝4～10，为整数。
本发明的三嵌段型烯基聚醚粘合剂合成方法，包括以下步骤：
在一个配有机械搅拌、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的四口圆底烧瓶中依次加入二氯甲烷、聚四氢呋喃二醇和三氟化硼·四氢呋喃络合物，在温度为15℃～30℃下搅拌30min后，降温至0℃～5℃，开始滴加烯丙基缩水甘油醚，滴加时间为4h～8h，滴加完毕后继续反应20h～30h，用Na2CO3水溶液中和，有机相水洗至中性，浓缩后得到三嵌段型烯基聚醚粘合剂(简称HATA)；其中三氟化硼·四氢呋喃络合物与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1:2～5。
本发明的优点：
本发明的HATA粘合剂主链为聚醚链，反应性的双键基团分布在分子链两端的侧基上，一方面主链具有较高的柔顺性，另一方面提高了固化后形成交联网络结构的规整性，能赋予聚异噁唑啉弹性体较高的力学性能。本发明的HATA基聚异噁唑啉弹性体25℃时拉伸强度为0.83MPa，断裂伸长率为110.2％，而对比文献中的聚丁二烯基聚异噁唑啉弹性体25℃时拉伸强度为0.35MPa，断裂伸长率为53％。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做进一步的说明。
测试仪器：
(1)红外光谱采用美国Nicolet公司的Nexus 870型傅里叶变换红外光谱仪测试；
(2)核磁采用德国Bruker公司的AVANCE AV500型核磁共振仪测试；
(3)数均分子量
设备：英国PL公司GPC-50型凝胶渗透色谱仪；
GPC测试条件：色谱柱为PLgel MIXED-E串联；流动相为THF；柱温为40℃；检测器
为示差折光检测器。
(4)弹性体力学性能
设备：美国Instron公司Instron 4505型万能材料试验机；
测试方法：按照GB/T528-2009。
实施例1
在一个配有机械搅拌、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的250ml四口圆底烧瓶中依次加入80ml二氯甲烷、40g(0.02mol)聚四氢呋喃二醇和1.05g(0.0075mol)三氟化硼·四氢呋喃络合物，在温度为20℃下搅拌30min后，降温至3℃，开始滴加22.8g(0.20mol)的烯丙基缩水甘油醚，滴加时间为4h，滴加完毕后继续反应24h，用Na2CO3水溶液中和终止反应，有机相水洗至中性，浓缩后得到淡黄色粘稠液体。
表征数据：
IR，νmax(cm-1)：3439(-OH)，2964、2928(-CH2-)，1640(-CH＝CH2)，1126(C-O-C)。
1H NMR(CDCl3，500MHz)：1.63，3.33～3.75，4.10，5.21，5.34，5.91。
数均分子量3140，羟值为35.02mgKOH/g。
以上数据表明所合成的化合物为三嵌段型烯基聚醚粘合剂。
实施例2
在一个配有机械搅拌、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的250ml四口圆底烧瓶中依次加入80ml二氯甲烷、40g(0.02mol)聚四氢呋喃二醇和1.05g(0.0075mol)三氟化硼·四氢呋喃络合物，在温度为20℃下搅拌30min后，降温至2℃，开始滴加34.2g(0.30mol)的烯丙基缩水甘油醚，滴加时间为6h，滴加完毕后继续反应28h，用Na2CO3水溶液中和终止反应，有机相水洗至中性，浓缩后得到淡黄色粘稠液体。
数均分子量3720，羟值为29.86mgKOH/g。
实施例3
在一个配有机械搅拌、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的250ml四口圆底烧瓶中依次加入80ml二氯甲烷、20g(0.02mol)聚四氢呋喃二醇和0.72g(0.005mol)三氟化硼·四氢呋喃络合物，在温度为25℃下搅拌30min后，降温至4℃，开始滴加22.8g(0.20mol)的烯丙基缩水甘油醚，滴加时间为4h，滴加完毕后继续反应24h，用Na2CO3水溶液中和终止反应，有机相水洗至中性，浓缩后得到淡黄色粘稠液体。
数均分子量2105，羟值为51.97mgKOH/g。
本发明的三嵌段型烯基聚醚粘合剂应用性能
(1)与腈氧化物固化剂的混溶性评价
选用四甲基对苯二腈氧化物(TTNO)为固化剂，考察了HATA粘合剂与固化剂的混溶性以及反应性。
本发明的HATA粘合剂与TTNO固化剂在溶剂二氯甲烷中具有很好的混溶性，混合液清澈透明，所形成的混合液在20～30℃下能够平稳的进行固化反应。
(2)弹性体的力学性能
将TTNO固化剂分别与HTPB粘合剂和本发明的HATA粘合剂反应生成聚异噁唑啉弹性体，其相应的力学性能见表1。
表1粘合剂对弹性体力学性能的影响(25℃)
可见，本发明的HATA粘合剂形成的弹性体力学性能明显优于HTPB基弹性体的力学性能。

Claims (2)

1.一种三嵌段型烯基聚醚粘合剂，其特征在于结构式如下：
其中，X＝4～10，为整数；Y＝10～40，为整数；Z＝4～10，为整数。
2.一种权利要求1所述的三嵌段型烯基聚醚粘合剂的合成方法，其特征在于步骤如下：
在一个配有机械搅拌、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的四口圆底烧瓶中依次加入二氯甲烷、聚四氢呋喃二醇和三氟化硼·四氢呋喃络合物，在温度为15℃～30℃下搅拌30min后，降温至0℃～5℃，开始滴加烯丙基缩水甘油醚，滴加时间为4h～8h，滴加完毕后继续反应20h～30h，用Na2CO3水溶液中和，有机相水洗至中性，浓缩后得到三嵌段型烯基聚醚粘合剂；其中三氟化硼·四氢呋喃络合物与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1:2～5。
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