含氟聚氨酯工业的发展现状及展望.doc

含氟聚氨酯工业的发展现状及展望摘 要：含氟聚氨酯综合了聚氨酯和含氟聚合物的优点，如具有极好 的耐紫外线和核辐射性、柔韧性，优良耐磨性，低表面能，高抗张强度，高电阻率和高耐候性等性能。因此，对含氟聚氨酯的研究成为近年的研究热点。本文主要介绍了含氟聚氨酯的应用领域，并对今后的研究方向进行了展望。关键词：含氟聚氨酯 应用 展望第一章 简 介聚氨酯（polyurethanes）主链含NHCOO重复结构单元的一类聚合物，英文缩写PU。由异氰酸酯（单体）与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围 （50150） 的材料 ，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。含氟聚氨酯兼具有含氟聚合物和聚氨酯的优点自1958年Lovelace以非氟化异氰酸酯与氟化二醇反应首次合成含氟聚氨酯以来便立即引起各国科学家的广泛兴趣，现今含氟聚氨酯的研究已在国内外形成了研究热潮。第二章 含氟聚氨酯的应用含氟聚氨酯以其独有的性能，受到广泛的关注。由于氟原子的引入，使其具备其它聚氨酯无与比拟的优异性能，成为聚氨酯家族中的重要一员。氟原子半径小、电负性强、碳氟键键能高（高达485.6KJ/mol），因此赋予了聚氨酯材料极好的耐紫外线和核辐射性、柔韧性，优良耐磨性，低表面能，高抗张强度，高电阻率和高耐候性等性能。这些高性能使聚氨酯材料的应用领域很广，既可作弹性体，又可作为粘接剂或涂料，其主要性能表现为超低表面能、化学稳定、防油防水及介电性质等。2.1含氟聚氨酯在涂料方面的应用涂料工业发展的方向是开发高性能、低污染、低VOC的涂料品种。目前对高耐久性的户外用涂料需求迫切，如高层建筑、飞机、航天器、跨海大桥等都需要涂料有10到20年的使用寿命，因此含氟聚氨酯涂料得到涂料界的高度重视。美国21世纪涂料公司已将含氟聚氨酯类涂料产品系列化，该涂料可在常温、常压下进行涂装，所形成的涂层对各种介质的透过性比普通氟聚合物涂料要低1个数量级，因此可防止水分和氧渗透到被涂覆底材上，此涂层经过20到25年的腐蚀后仍有保护性，可广泛用于石油储罐、海上油井设备、废物处理等装置方面。含氟聚氨酯涂料的突出性能就是户外耐久性十分优异。这种超常耐候性源于C-F键的高强度，这种化学键的强度提供了化学惰性涂膜，并兼有抗紫外光降解性。据有关文献报道，在日光型老化试验机内的人工加速老化试验证明，含氟聚氨酯涂料经5000h后，其光泽保持率仍在80%以上，涂膜保持完整，不会出现开裂和粉化现象。在相同条件下，热固性丙烯酸涂料经1000h人工加速老化试验后，其光泽就下降到了50%以下。另外，经自然聚集加速试验，在200万勒克斯照射后，含氟聚氨酯涂料光泽保持率仍在80%以上，而丙烯酸聚氨酯则大幅度下降。如果10万勒克斯相当于户外太阳暴晒照射1年的量计量，其耐候性可达15到20年。含氟聚氨酯涂料致密的分子结构决定了其涂膜坚硬低、涂膜手感光滑，且由于含氟聚氨酯中氟原子会跃迁到膜表面，因此耐沾污性好，尤其是与聚氨酯漆和热塑性丙苯烯酸树脂漆相比较，其涂膜上的附着物更易于水冲洗掉或稀释剂擦净。由于含氟聚氨酯涂料具有耐候性、耐化学药品性、高耐腐蚀性和搞装饰性等性能，这是其它涂料无可比拟的。因此可以应用于航天航空、化工建筑、船舶防腐等领域。2.2含氟聚氨酯在航天领域应用运载火箭和飞船等航天飞行器使用液氢液氧作为推进剂，液氢液氧的泄漏将会导致燃烧和爆炸，造成人员伤亡和巨大经济损失。密封材料和液氧相容是密封材料的重要指标，是可应用的前提。就液氧低温性来说，密封材料的选择主要依据其物理性能，如附着力、冲击强度、膨胀系数等；就液氧氧性来说，密封材料的选择主要依据其化学特性，即与液氧不发生化学反应。含氟聚氨酯分子中，卤素含量高，使其具有自熄性，且其氟原子半径小，排列起来可把碳链包住，使其具有良好的化学惰性，故含氟聚氨酯具有液氧相容性，是很好的密封材料。目前国外采用的低温密封材料是含氟聚氨酯与全氟聚醚的复合材料。含氟聚氨酯附着力大，低温无冷流，它是可三维交联的热固性树脂，具有化学惰性；全氟醚低温冷流性小，有良好的耐溶剂性。它们制成弹性体复合材料作为低温密封材料，性能无与伦比。由于含氟聚氨酯对铝、镁合金具有优异的附着力，耐候性好，柔韧性好，硬度高，动摩擦系数小，耐低温（-40以下性能良好），耐雨蚀，且可常温施工，故为飞机蒙皮漆的理想品种，也可用于飞机内舱及管道。此外，含氟聚氨酯还可以作为吸波涂层的树脂基料，可以用作耐低温涂料、胶粘剂、弹性体和复合材料等航天材料。2.3含氟聚氨酯在医用制品中的应用作为生物医用制品材料，需求其具有良好的生物相容性，良好的加工性、高弹性及在体内良好的生物稳定性，不发生或很少发生降解以及要与血液具有良好的相容性。Tonelli等人发现具有不同的氟含量的含氟聚氨酯都不会产生血栓和细胞毒素。Takakura等的研究结果表明，以含氟异氰酸酯和聚醚二醇以及小分子二醇合成的含氟聚氨酯可以作为高性能的放血栓弹性体。含氟聚氨酯具有耐油性，不会在体内吸收脂类物质，且其表面能低，在热加工或成膜的过程中可富集材料表面，从而达到防止氧化介质和水介质对本体材料降解的目的。由于含氟聚氨酯具备以上这些优点，使其在生物医用材料方面成为了一种新型材料。第三章 含氟聚氨酯的展望近年来，含氟聚氨酯的研究日益受到人们的重视。合理进行高分子结构设计，可使该聚合物既具有聚氨酯的弹性、力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、又同时具有含氟材料的耐紫外线和核辐射性、柔韧性，优异的表面性能和高耐候性。它是一类具有发展前途的新型高分子材料。当前，含氟聚氨酯已在涂料、航天材料、医用制品等领域得到了应用。随着研究的深入，人们对含氟聚氨酯的认识会进一步加深，含氟聚氨酯的更多优良特性也将被挖掘出来。相信在不久的将来，越来越多的含氟聚氨酯材料将会被开发出来，以满足更多领域需求。参考文献1钟银屏，谢兴益等.含氟聚氨酯材料及其制备方法.20022李绍雄，刘益军.聚氨树脂及其应用.北京：化学工业出版社，20023庐江，梁晖.高分子化学.北京：化学工业出版社，20054邓云祥，刘振兴，冯开才.高分子化学、物理和应用基础.北京：高等教育出版社，19975 Lovelace A M.Fluorinated polyurethane resins,19586 Hol