端羟基聚丁二烯与异氰酸酯反应的计算研究(3)
吹冰十年代我国发展聚氨酯推进剂在研制过程中发现原材料水份与制造环境湿度对该推进剂力学性能有着比较敏感的影响，因此对上述二因素必须严加控制。与聚氨醋同时发展的丁梭推进剂提高了能量，改善了力学性能，而且不用对原材料与环境湿度提出那样严格的要求，曾经有人称之为全天候的推进剂品种。然而端梭基聚丁二烯粘合剂粘度偏大，成本高，磷化氧毒性大，推进剂存在着后固化以及磷一氮键水解断裂与热断裂的抗老化性能差等问题。七十年代我国发展了丁羟推进剂，早期丁羟胶的研制、开发和利用就是为了将其用于复合固体推进剂中作为胶粘剂[2]。火箭发动机所使用的复合固体推进剂是利用胶粘剂、氧化剂及其它添加剂等成分经浇注或挤出后，固化而成的固体药柱。作为粘合剂的端经基聚丁二烯制造成本低、粘度小，为广泛使用与发展高固体含量推进剂提供了有利条件，目前己成为主要的推进剂品种。孙群珍[7]等采用TDI与HTPB反应，制得可在室温下固化的液体橡胶粘合剂HTPB。预聚体工TDI两端残留的—NCO在苯环上处于邻位，活性相对较低，所以储存稳定性好，在室温放置二个月，异氰酸基含量基本保持不变。对HTPB进行室温固化配方研究并进行力学性能测试，结果表明:(1)HTPB室温固化胶具有较快的固化速度和较高的凝胶率，表明该胶反应活性高，固化比较完全;(2)固化物柔软、伸长度高、弹性好、属于橡胶性固化材料;(3)吸水率低、耐水、防湿性能好。所以，HTPB具备作为室温固化胶的基本性能特别是柔软性和防水性可满足火箭固体推进剂所用粘合剂的特殊性能要求[8]。
另外，丁羟推进剂研究过程中相应的发展应用了许多有效的键合剂，大大提高了推进剂的力学性能，使得丁羟推进剂获得了广泛的应用。
1.1.2 TDI
甲苯二异氰酸酯(TDI) 主要有两种同分异构体：2,4-甲苯二异氰酸(2,4-TDI
，结构式为 )和2,6-甲苯二异氰酸酯(2,6-TDI，结构式为 )。TDI产品多为两种异构体的混合物，可分为TDI(100/0)，TDI
（80/20）和TDI(65/35) (其中的比是2,4-TDI /2,6-TDI的含量比)三种类型[4]，聚氨酯工业常用的TDI是TDI（80/20）[9]。TDI是合成聚氨酯的重要材料，用TDI制成的聚氨酯主要应用于制作各种软质和硬质泡沫塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯涂料、人造革、胶粘剂、纤文等 [10,11]。
1.2 课题选择和论文主要内容以及意义
1.2.1 选题依据
随着计算机技术的发展与计算方法的改进，量子化学计算已经成为研究反应物得到产物的反应机理的重要工具，人们可以通过量子化学计算探究结构与反应活性的关系，获得用一般实验方法难以得到的信息与数据。在对一种新的反应机制进行实验前，初步的量子化学计算能够定性和定量地预见各种可能的结果，有利于增强下一步实验工作的目的性。
前人对HTPB和TDI的反应机理提出了可能的猜想，但是限于实验条件以及数据观测的准确度，在机理阐述上一直达不到统一。这就需要我们在电子微观层次理论水平上，进行详细研究，从而揭示其反应机理。本工作采用了高水平的密度泛函理论方法，对其的反应自由能面和反应机理进行了理论研究，希望能对其反应机制有更深入的认识，为进一步的反应研究提供理论依据。其基本研究思路为:(1)寻找HTPB和TDI各种可能的反应途径。优化反应物，中间体和产物结构，寻找反应过渡态，构造反应自由能面；（2）基于活化自由能，反应自由能，反应焓变以及物种的相对自由能，分析各反应路径的热动力学和动力学可能性以及竞争性，确定最可能的反应路径；（3）画出各反应自由能曲线，从自然电荷、Wiberg键级、以及前线轨道理论进行解释和验证。