低氟高性能化含氟聚氨酯的合成及其表面结构控制

含氟聚氨酯(FPU) 不仅具有因聚氨酯结构而决定的优异的机械性能、耐低温性能和粘结性能，还具有极低的表面能和高的耐热性、耐候性、耐化学腐蚀性。因此，在国防、工业、民用多种领域具有广阔的应用空间和发展潜力。本项目拟通过控制含氟链段的引入方式，利用含氟链段的表面富集效应,发展一种含氟聚氨酯低氟高性能化的新方法。即采用侧链引入含氟基团，通过可控阳离子开环聚合反应制备侧链含氟聚醚多元醇；进而通过控制含氟聚醚多元醇结构、含氟侧链链长、固化反应条件等影响因素，获得氟元素在表面富集的交联型和热塑性FPU，实现FPU的低氟高性能化。在此基础上，本项目还拟以高固体分重防腐防污型含氟聚氨酯涂料制备为例，研究FPU表面形态结构与其特殊保护性能之间的关系，进一步发展低氟高性能FPU在特种涂料领域中的应用。

在聚氨酯（PU）中引入含氟基团，不仅能够保留由于聚氨酯结构而决定的高强度、高弹性、高耐磨性、优良的低温性能和粘结性能，还因为C-F键的存在而具有较高的耐热性、耐候性、耐化学腐蚀性、拒水拒油性、抗沾污性，良好的生物相容性等，因此含氟聚氨酯（FPU）在国防、工业、民用等多种领域具有广阔的应用空间和发展潜力。.本项目采用侧链引入氟基团的方式，通过可控阳离子开环聚合反应，制备了软段侧链含氟聚醚多元醇（FPO）。系统分析了FPO的结构和组成，讨论了阳离子引发体系、聚合时间和聚合温度及对聚合反应速率及FPO分子量、分子量分布等可控性的影响，阐述了阳离子可控聚合反应机理。进而在分子结构、分子量可控的FPO合成的研究基础上，通过调控原料配比、FPO的序列结构、硬段含量、聚合温度等条件，制备了结构可控的热塑性软段侧链含氟聚氨酯(P-FPU)，实现了含F侧链的表面迁移和富集，并深入研究了F元素的引入对P-FPU微相分离结构的影响，阐释了P-FPU结构与性能之间的关系。同时，本项目结合分子模拟技术，对P-FPU体系的氢键化、软硬段两相的玻璃化转变温度等进行了计算，建立了F元素在P-FPU的分布模型，并通过分子动力学计算方法对P-FPU的力学性能和表面性能进行了模拟，理论计算与实验结果相吻合。此外，本项目在P-FPU研究的基础上进一步发展了热固性含氟聚氨酯(S-FPU)的合成技术。在对S-FPU表面结构控制研究的同时，根据重防腐涂料的配方指导原则合成了高固体分重防腐防污型含氟聚氨酯涂料，探究了FPU表面形态结构与其特殊保护性能之间的关系，拓展了低氟高性能FPU在特种涂料领域的应用。