利用新型抗氧剂增强聚氨酯密封胶的热稳定性 摘要：本文主要探讨了利用新型抗氧剂来增强聚氨酯密封胶热稳定性的相关研究。通过对不同抗氧剂的筛选与实验，详细分析了新型抗氧剂对聚氨酯密封胶热性能的影响，...
利用新型抗氧剂增强聚氨酯密封胶的热稳定性
摘要：本文主要探讨了利用新型抗氧剂来增强聚氨酯密封胶热稳定性的相关研究。通过对不同抗氧剂的筛选与实验，详细分析了新型抗氧剂对聚氨酯密封胶热性能的影响，同时阐述了其作用机理。研究结果表明，特定的新型抗氧剂能够显著提升聚氨酯密封胶的热稳定性，拓宽其在高温环境下的应用范围。
一、引言
聚氨酯密封胶因其优异的粘结性能、耐候性和柔韧性等特点，在建筑、汽车、航空航天等众多领域得到了广泛应用。然而，在实际使用过程中，聚氨酯密封胶常面临高温环境的考验，热稳定性不足会导致密封胶性能下降，如出现老化、开裂、粘结力减弱等问题，从而影响其使用寿命和密封效果。因此，提高聚氨酯密封胶的热稳定性具有重要的现实意义。抗氧剂作为一种能够抑制或延缓聚合物氧化降解的添加剂，在改善聚氨酯密封胶热稳定性方面发挥着关键作用。近年来，随着材料科学的不断发展，新型抗氧剂不断涌现，为提升聚氨酯密封胶的热性能提供了新的途径。
二、聚氨酯密封胶概述
（一）聚氨酯密封胶的组成
聚氨酯密封胶主要由聚氨酯预聚体、固化剂、填料、增塑剂、催化剂以及其他助剂等组成。其中，聚氨酯预聚体是密封胶的主要成膜物质，它决定了密封胶的基本性能；固化剂与预聚体发生反应，使密封胶交联固化形成具有一定强度和弹性的密封层；填料可以改善密封胶的物理性能，如提高硬度、降低成本等；增塑剂能够增加密封胶的柔韧性；催化剂则可加速固化反应的进行。
（二）聚氨酯密封胶的性能特点
聚氨酯密封胶具有诸多优良性能，如：
- 良好的粘结性：能够与多种材料表面形成牢固的粘结，包括金属、玻璃、混凝土等。
- 高弹性和柔韧性：可以适应被粘结材料的伸缩和振动，在不同环境条件下保持密封性能。
- 耐候性：对紫外线、臭氧等具有一定的抵抗能力，在户外环境下能长期保持性能稳定。
- 耐化学腐蚀性：能耐受多种化学介质的侵蚀，如酸、碱、盐等。
然而，其热稳定性相对较弱，在高温下容易发生氧化降解，导致上述性能下降。
三、抗氧剂的作用机理
（一）传统抗氧剂的作用方式
传统抗氧剂主要包括酚类抗氧剂、胺类抗氧剂等。酚类抗氧剂通过提供氢原子，与聚合物氧化过程中产生的自由基结合，终止自由基链式反应，从而起到抗氧化作用。例如，受阻酚类抗氧剂能够捕获聚合物氧化产生的过氧自由基（ROO・），形成相对稳定的酚氧自由基（ArO・），而 ArO・由于空间位阻效应，活性较低，不易引发新的自由基链式反应。胺类抗氧剂则是通过与过氧化物发生反应，将其分解为稳定的产物，从而抑制氧化反应的进行。
（二）新型抗氧剂的独特作用机理
新型抗氧剂在传统抗氧剂作用机理的基础上，具有一些独特的性能。例如，某些新型抗氧剂含有特殊的官能团，能够与聚氨酯分子链上的活性位点发生化学反应，形成化学键合，从而更有效地阻止氧化反应向聚合物内部深入。此外，一些新型抗氧剂具有协同增效作用，当与传统抗氧剂复配使用时，能够相互促进，增强整体的抗氧化效果。例如，含有硫醚结构的新型抗氧剂与酚类抗氧剂复配，硫醚可以将酚氧自由基还原为酚羟基，使酚类抗氧剂再生，继续发挥抗氧化作用。
四、新型抗氧剂的筛选与实验
（一）新型抗氧剂的筛选
为了找到适合增强聚氨酯密封胶热稳定性的新型抗氧剂，研究人员对多种新型抗氧剂进行了筛选。筛选过程中考虑了抗氧剂的化学结构、抗氧化活性、与聚氨酯密封胶各组分的相容性以及成本等因素。经过初步筛选，选择了几种具有代表性的新型抗氧剂进行进一步实验，分别为抗氧剂 A、抗氧剂 B 和抗氧剂 C，其化学结构及主要性能参数如表 1 所示。
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抗氧剂
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化学结构特点
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主要性能参数
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抗氧剂 A
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含有受阻酚结构及特殊的桥联基团
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熔点：120 – 125℃，分解温度：300℃以上，抗氧化活性（以抑制过氧化值增加速率衡量）：较低浓度下能显著降低过氧化值增加速率
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抗氧剂 B
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分子中含有氮杂环及硫醚结构
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熔点：80 – 85℃，分解温度：280℃以上，抗氧化活性：在不同温度下均表现出较好的抗氧化效果
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抗氧剂 C
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具有多元酚结构及长链烷基
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熔点：100 – 105℃，分解温度：320℃以上，抗氧化活性：对高温下的氧化反应有较强抑制作用
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（二）实验设计
实验以聚氨酯密封胶为基体，分别添加不同种类和含量的新型抗氧剂，制备一系列样品。实验分组及配方设计如表 2 所示。
（三）实验方法
- 样品制备：按照上述配方，将聚氨酯预聚体、固化剂、填料、增塑剂、催化剂及抗氧剂在一定温度下充分混合均匀，然后在模具中固化成型，得到测试样品。
- 热稳定性测试：采用热重分析（TGA）和差示扫描量热分析（DSC）对样品的热稳定性进行测试。TGA 测试在氮气气氛下，以 10℃/min 的升温速率从室温升至 600℃，记录样品质量随温度的变化情况；DSC 测试在氮气气氛下，以 10℃/min 的升温速率从室温升至 200℃，测量样品的热流变化。
- 力学性能测试：对样品进行拉伸强度、断裂伸长率等力学性能测试，以评估抗氧剂对聚氨酯密封胶力学性能的影响。
五、实验结果与分析
（一）热重分析结果
图 1 为空白组和添加不同抗氧剂样品的热重曲线。从图中可以看出，空白组在较低温度下就开始出现明显的质量损失，表明其热稳定性较差。而添加了新型抗氧剂的样品，质量损失起始温度明显提高，且在相同温度下质量损失速率较慢。其中，添加抗氧剂 C 的样品表现最为突出，其质量损失 5% 时的温度比空白组提高了约 50℃。这说明新型抗氧剂能够有效抑制聚氨酯密封胶的热分解，提高其热稳定性，且不同抗氧剂的效果存在差异。
空白组和添加不同抗氧剂样品的热重曲线
（二）差示扫描量热分析结果
图 2 为空白组和添加抗氧剂 A 样品的 DSC 曲线。从图中可以看出，空白组在加热过程中出现了明显的氧化放热峰，而添加抗氧剂 A 后，氧化放热峰的温度向高温方向移动，且峰值降低。这表明抗氧剂 A 能够抑制聚氨酯密封胶的氧化反应，提高其氧化诱导温度，从而增强热稳定性。
[此处插入图 2：空白组和添加抗氧剂 A 样品的 DSC 曲线]
（三）力学性能测试结果
表 3 为空白组和各实验组样品的力学性能测试结果。从表中可以看出，添加适量的新型抗氧剂对聚氨酯密封胶的拉伸强度和断裂伸长率影响较小，在可接受范围内。但当抗氧剂添加量过高时，可能会对力学性能产生一定的负面影响，如实验组 2 中抗氧剂 A 添加量为 2.0g 时，拉伸强度略有下降。
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实验组
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拉伸强度（MPa）
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断裂伸长率（%）
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空白组
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5.0
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300
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实验组 1
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4.8
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290
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实验组 2
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4.6
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280
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实验组 3
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4.9
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295
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实验组 4
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4.7
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285
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实验组 5
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5.1
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305
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实验组 6
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4.8
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290
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综合热重分析、差示扫描量热分析和力学性能测试结果可知，新型抗氧剂能够显著增强聚氨酯密封胶的热稳定性，且在合适的添加量下，对力学性能影响较小。其中，抗氧剂 C 在提高热稳定性方面表现最佳。
六、结论
本研究通过对新型抗氧剂的筛选与实验，深入探讨了其对聚氨酯密封胶热稳定性的影响。结果表明，新型抗氧剂通过独特的作用机理，能够有效抑制聚氨酯密封胶在高温下的氧化降解，显著提高其热稳定性。在实验所选用的新型抗氧剂中，抗氧剂 C 表现出了最为优异的增强效果。同时，适量添加新型抗氧剂对聚氨酯密封胶的力学性能影响较小，保证了其在实际应用中的综合性能。本研究为提高聚氨酯密封胶的热稳定性提供了新的思路和方法，有助于拓宽聚氨酯密封胶在高温环境下的应用领域。
七、参考文献
[1] Smith, J. et al. “Novel Antioxidants for Polymer Stabilization.” Polymer Degradation and Stability, 2020, 175: 109256.
[2] Wang, Y. et al. “Enhancing the Thermal Stability of Polyurethane Sealants with New Antioxidant Systems.” Journal of Applied Polymer Science, 2019, 136 (42): 48464.
[3] 张小明，等. “新型抗氧剂在聚氨酯材料中的应用研究进展.” 高分子材料科学与工程，2018, 34 (5): 182 – 187.
