Toughened polybenzoxazine coating matrix with improved comprehensive performance through hydrogen bond tuning with new polyurethanes
writer：Haolang Liu, Shuiquan Li, Meichen Wang, Huihui Liu, Jin Jiang, Shuyang Shao, Zhi Wang
keywords：Hydrogen bondingPolyurethaneBenzoxazineTougheningOil-water separation
source：期刊
Issue time：2023年
熱固性樹(shù)脂由于其高強(qiáng)度優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和出色的加工能力，是一種常用作油水分離基體涂層的聚合物，但它具有脆性。最近，通過(guò)各種方法和材料在增韌熱固性樹(shù)脂方面取得了令人矚目的進(jìn)展，但這通常以犧牲其他理想的性能為代價(jià)，包括機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和加工性。因此，主要的挑戰(zhàn)仍然是找到在不損害其其他有利屬性的情況下提高熱固性韁繩韌性的方法。
苯并惡嗪是一種新型熱固性樹(shù)脂，分子設(shè)計(jì)靈活，收縮率低，固化時(shí)不釋放小分子。相應(yīng)的聚苯并惡嗪表現(xiàn)出低表面能、低吸水率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、介電能力、阻燃性和機(jī)械強(qiáng)度。它們可用作油水分離涂層的基質(zhì)。然而，聚苯并惡嗪也患有脆性。聚苯并惡嗪的傳統(tǒng)增韌方法存在顆粒分散問(wèn)題，以及熱塑性塑料和橡膠的加工性能和熱性能惡化問(wèn)題。因此，迫切需要增強(qiáng)聚苯甲嗪韌性的新概念。在處理聚合物體系時(shí)，考慮氫鍵相互作用非常重要。研究表明，氫鍵存在于聚氨酯[22]，聚乙烯醇[23]和橡膠[24]中。2020年，我們集團(tuán)提出了使用犧牲鍵提高聚苯并惡嗪韌性的想法。因此，嚴(yán)重含有氫鍵的聚合物，如硫脲聚合物發(fā)展為添加劑，以調(diào)節(jié)聚苯并惡嗪中氫鍵的類(lèi)型和數(shù)量。結(jié)果揭示了不同性能之間的令人印象深刻的折衷，包括韌性、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和可加工性。因此，仍需要開(kāi)發(fā)更多方法來(lái)調(diào)節(jié)犧牲鍵（氫鍵），以進(jìn)一步提高苯并惡嗪的綜合性能。
聚氨酯是具有耐油性、耐磨性、耐低溫性、耐老化性、高硬度和彈性等優(yōu)異性能的多功能材料。它還具有很多 氫鍵 。它們可以通過(guò)異氰酸酯與多元醇反應(yīng)輕松合成，并且通常用作聚苯并惡嗪的增韌劑。然而，聚氨酯改性聚苯并惡嗪體系主要關(guān)注化學(xué)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)密度引起的性能改進(jìn)，而對(duì)其中的氫鍵關(guān)注不足。最近，在離子液體中咪唑和氨基甲酸酯之間形成一系列具有致密氫鍵的離子液體增強(qiáng)聚苯并惡嗪/聚氨酯（聚（DHB/PU））薄膜被開(kāi)發(fā)出來(lái)。這些薄膜可以增強(qiáng)系統(tǒng)的兼容性和機(jī)械性能。然而，鏈長(zhǎng)對(duì)機(jī)械性能的內(nèi)在影響尚未深入討論，這可能需要更復(fù)雜的工作來(lái)分離固化結(jié)構(gòu)、氫類(lèi)型和含量以及長(zhǎng)鏈聚合物的柔軟性對(duì)產(chǎn)品性能的貢獻(xiàn)，例如機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。
本文設(shè)計(jì)了兩種分子量相似但主鏈中醚基含量不同的新型聚氨酯，在不干擾固有鏈長(zhǎng)度的情況下使聚苯并惡嗪增韌。本文對(duì)1，4-丁二醇基聚氨酯（BPU）和三甘醇基聚氨酯（TPU）的改性體系進(jìn)行了比較。TPU改性聚苯并惡嗪表現(xiàn)出共聚行為、均勻結(jié)構(gòu)和較高的氫鍵含量，因此具有20.44 kJ·m2的冠軍韌性、29 °C時(shí)的炭化率800%、5B相應(yīng)涂層的附著力和6H的硬度，同時(shí)提高了加工性能。此外，TPU改性聚苯并惡嗪基介孔SiO2智能涂料成功從疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，油水分離通量為≥3000 L·m2·h1，是油水分離涂料的候選者。