深度解析聚天门冬氨酸酯：第三代聚脲合成原料的技术突破与应用前景

深度解析聚天门冬氨酸酯：第三代聚脲合成原料的技术突破与应用前景

聚天门冬氨酸酯是近几年来在聚脲工业领域出现的一种新型脂肪族、慢反应、高性能的氨基树脂。在与异氰酸酯反应的双组分体系中，大多数胺反应速度太快以致难以控制，而聚天门冬氨酸酯是空间位阻型脂肪族仲二胺，与一般的伯胺类原料相比，可以显著降低与异氰酸酯反应的速度、将凝胶时间调整在几分钟到几十分钟之间。
同传统聚脲相比，在施工操作上更加便捷，对设备的要求相对不高、涂层性能等方面也有较大的提升，并解决了以往聚脲反应速度过快造成的涂层成型复杂、性能降低及附着力差等的问题。目前广泛应用于阻燃材料、金属防腐、防水材料、胶粘剂等领域。

聚天门冬氨酸酯的合成原料

聚天门冬氨酸酯的合成原料

聚天门冬氨酸酯主要是由马来酸酯与伯胺反应生成，不同结构的取代基X可以得到不同反应速度的聚天门冬氨酸酯衍生物，其结构式与常见的合成原料如图2-1、表1所示。
图2-1 聚天门冬氨酸酯结构式
表1 聚天门冬氨酸酯常见的合成原料
通过目前的研究表明，聚天门冬氨酸酯的反应活性主要与其伯胺的结构有关。聚天门冬氨酸酯的伯胺结构位阻效应越大、分子链越长，其反应活性越低，与异氰酸酯组分反应所需的凝胶时间、表干时间越长。
但同时，不同种类的伯胺所生成的聚天门冬氨酸酯不仅反应活性不同，而且所生成的聚脲材料物理机械性能也有很大的区别，直接影响与异氰酸酯反应后聚脲的柔韧性、强度、硬度等性能。含有脂环结构的由于脂环结构的影响，生成的聚脲硬度和强度较高，性能偏刚性。而含有聚醚链结构生成的聚脲，虽然硬度和强度不如前者，但韧性较好。
综上所述，聚天门冬氨酸酯的分子具有高度可调控性，根据应用场景，可设计出不同凝胶时间、表干时间以及力学等物理性能的聚天门冬氨酸酯，由此可见，准确了解其结构至关重要。

几种常见的聚天门冬氨酸酯结构

图3-1、3-2、3-3主要为几种常见聚天门冬氨酸酯的结构式。
图3-1 合成单体为马来酸二乙酯与己二胺的聚天门冬氨酸酯结构式
图3-2 合成单体为马来酸二乙酯与HMDA的聚天门冬氨酸酯结构式
图3-3 合成单体为马来酸二丁酯与聚醚胺的聚天门冬氨酸酯结构式

聚天门冬氨酸酯的分析方法

目前针对聚天门冬氨酸酯的分析，主要通过气相色谱质谱联用仪（GC-MS）得到相关的单体信息，质谱（MS）得到其分子量，并结合其他数据综合判定其物质结构。以马来酸二乙酯与HMDA为合成单体的聚天门冬氨酸酯为例。
在实际分析中可以在GC-MS中打到马来酸二乙酯的信息，其特征质子峰为99、127（如图4-1所示），同时因为GC-MS测试过程中存在加热过程，所以也可以打到马来酸二乙酯的顺反异构体富马酸二乙酯的特征信息（如图4-2所示）。
图4-1 马来酸二乙酯的GC-MS质谱图
图4-2 富马酸二乙酯的GC-MS质谱图
与此同时，在GC-MS中还可以分析到合成单体HMDA的信息，其特征质子峰为56、193、210（如图4-3所示）。
图4-3 HMDA的GC-MS质谱图
结合MS分析，555（M+1）为2分子马来酸二乙酯和1分子HMDA的聚天门冬氨酸酯的特征出峰（如图4-4所示）。
图4-4 MS正、负离子质谱图

聚天门冬氨酸酯的应用

聚天门冬氨酸酯聚脲材料凭借其优异的综合性能和易施工性，在许多领域拥有广阔的应用前景。该聚脲材料目前已广泛应用于户外钢结构、混凝土、工业涂装、电子胶等多个领域。
在一些防腐涂层领域，如户外钢用涂料，因户外钢结构长期遭受紫外线照射及环境腐蚀，需要配套使用高性能的防腐涂料。聚天门冬氨酸酯聚脲涂料具有优良的耐候性和化学稳定性，附着力强、耐磨性好，适合用作户外钢结构的面涂。

图5-1 户外钢结构

在混凝土行业中，混凝土由于易吸附水的特性，导致水中的氯离子侵蚀混凝土，引起钢筋锈蚀。同时空气中的CO2也可以透过混凝土中未完全饱水的毛细孔，扩散到混凝土内部与其孔隙溶液中溶解的碱性物质进行中和反应，导致混凝土碳化。
而将以聚天门冬氨酸酯树脂为基体的脂肪族聚脲材料用于混凝土的保护材料（防水、补强）中，能明显改善混凝土试件的抗冻、抗碳化、抗冲磨能力。

图5-2 混凝土

在工业涂装领域，如风电叶片的涂装，聚天门冬氨酸酯涂料其耐候性远超工程机械普遍采用的丙烯酸聚氨酯面漆，同时还具有优异的耐磨性能，延长了工程机械使用寿命，减少维修费用，降低成本，因此在工程机械领域具有广泛的应用前景。

图5-3 工业涂装

在一些胶粘剂领域，聚天门冬氨酸酯类胶粘剂具有低VOC排放（低于100g/l）、快速固化、优异的粘接性能、良好的粘接强度和耐久性、且适用于多种材料（金属、塑料、木材等）的粘接，同时具有良好的耐化学腐蚀性能，能够抵抗酸、碱等化学物质的侵蚀，适用于各种恶劣环境下的粘接需求‌。因此广泛应用于美缝剂、石材胶、电子胶等方向。

图5-4 胶黏剂

微谱对于聚天门冬氨酸酯聚脲产品分析有着丰富的研究经验，自建强大的谱图库和总结不同配方体系，通过分析测试和多谱图综合解析可以确定聚天门冬氨酸酯单体的种类、异氰酸酯的种类及其分子量、溶剂及树脂的种类等，同时可对比分析产品差异，帮助研发新型产品，完善产品性能。