端叠氮基聚丁二烯的合成与应用研究

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1、端叠氮基聚丁二烯的合成与应用研究董婕2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540端叠氮基聚丁二烯的合成与应用研究作者姓名董婕学院名称材料学院指导教师杨荣杰教授答辩委员会主席郝建薇教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月SynthesisandApplicationofHydroxyl-TerminatedPolybutadieneCandidateName：JieDongSchoolorDepartment:MaterialsScie

2、nceandEngineeringFacultyMentor:Prof.RongjieYangChair,ThesisCommittee：Prof.JianweiHaoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：MaterialsScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进

3、行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要端羟基聚丁二烯是常用的复合固体推进剂粘合剂和包覆层材料，通过端羟基与异氰酸酯固化形成常规的聚氨酯体系。但该固化方式存在对水敏感的缺点，从而限制了其应用范围。以炔基与叠氮基的点击化学

4、交联反应制备的弹性体改善了传统聚氨酯弹性体的不足，在耐水性和耐候性方面存在较大优势。本文以端羟基聚丁二烯（hydroxyl-terminatedpolybutadiene,HTPB）为反应底物，通过氯代和叠氮化两步法制备得到端叠氮基聚丁二烯（azido-terminatedpolybutadiene,ATPB），深入研究了ATPB的合成工艺，对HTPB和ATPB进行了细致的结构表征。通过傅里叶红外光谱（FTIR）、核磁共振碳谱（13C-NMR）和氢谱（1H-NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）、元素分析（

5、EA）、热重（TG）、差式扫描量热（DSC）、粘度等分析测试，进行了产物结构和性能的表征。红外光谱和核磁测试结果证明得到了端基转化完全的端叠氮基聚丁二烯（ATPB）；GPC测试结果表明产物ATPB的分子量没有发生变化，且没有发生断链、交联等副反应；EA测试结果表明产物端叠氮基（-N3）含量的实测值与理论值十分接近。据此得出HTPB端基转化很彻底。热重（TG）曲线表明ATPB的热分解温度相较HTPB略有下降；差示扫描量热分析（DSC）表明ATPB玻璃化转变温度较HTPB略有降低。粘度分析表明HTPB和A

6、TPB均属于假塑性流体，且羟基转化为叠氮基后粘度有所下降。以含炔基的物质为固化剂，研究了不同条件对ATPB点击化学弹性体性能的影响。讨论了包括固化促进剂含量、固化促进剂种类、不同固化参数R值、固化剂官能度对ATPB交联弹性体力学性能的影响，得出50℃、使用三炔丙基胺固化剂、固化促进剂3#添加0.5%、R=1.0是最佳固化条件。对不同R值固化弹性体进行溶胀表征，讨论了R值对弹性体交联网络结构完整性的影响。当R值为1.0时，有较好的力学性能，并且固化生成的交联网络密度最大，交联点间的平均分子量最小，认为此

7、时生成弹性体的交联网络结构最完整。FTIR分析进一步证明不同R值弹性体交联网络结构的变化。TG曲线表明，R值的变化对ATPB弹性体的热稳定性影响不大。与HTPB弹性体相比，ATPB弹性体的热稳定性明显提高。DSC曲线表明，R值的变化对ATPB弹性体的Tg影响较小。对比不同R值ATPB弹性体与水的接触角大小可以发现，随着R值的增加，ATPB弹性体与水的接触角先增加后趋于稳定。与HTPB弹性体相比，ATPBI北京理工大学硕士学位论文弹性体与水接触角变大，这为研究其抗极性增塑剂的迁移能力打下基础。不同温度、

8、不同时间下的ATPB粘度测试结果证明ATPB可以发生分子间自交联反应形成弹性体；同时提出ATPB适宜的贮存条件。红外和1H-NMR分析解释了其自固化反应的机理。通过自固化弹性体弹性模量的测定，确定了不同温度下ATPB自固化反应完全时间。关键词：端叠氮基聚丁二烯；点击化学；弹性体；力学性能；自固化II北京理工大学硕士学位论文AbstractHydroxyl-terminatedpolybutadieneisacommonbinderofcomposites