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水性聚氨酯合成中硬段與軟段對(duì)產(chǎn)品性能的影響

發(fā)布時(shí)間：

2020-02-14

來(lái)源：

　　水性聚氨酯由硬段和軟段構(gòu)成，下面分別介紹硬段和軟段結(jié)構(gòu)對(duì)水性聚氨酯性能的影響。

一、硬段的影響

　　水性聚氨酯的硬段由反應(yīng)后的二異氰酸酯或二異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑組成，含有芳基、氨基甲酸酯基、取代脲基等強(qiáng)極性基團(tuán)，通常芳香族異氰酸酯形成的剛性鏈段構(gòu)象不易改變，常溫下伸展成棒狀。硬鏈段通常影響聚合物的軟化熔融溫度及高溫性能。

　　異氰酸酯的結(jié)構(gòu)影響硬段的剛性，因而異氰酸酯的種類(lèi)對(duì)PU材料的性能有很大影響。芳族異氰酸酯分子中剛性芳環(huán)的存在以及生成的氨基甲酸酯鍵賦予水性聚氨酯較強(qiáng)的內(nèi)聚力。對(duì)稱(chēng)二異氰酸酯使水性聚氨酯分子結(jié)構(gòu)規(guī)整有序，易形成氫鍵，故4，4’-MDI比不對(duì)稱(chēng)的二異氰酸酯(如TDI)所制的水性聚氨酯的內(nèi)聚力大，模量和撕裂強(qiáng)度等力學(xué)性能高。芳香族異氰酸酯制備的聚氨酯由于硬段含剛性芳環(huán)，因而使其硬段內(nèi)聚強(qiáng)度增大，材料強(qiáng)度一般比脂肪族異氰酸酯型聚氨酯的大，但易泛黃。脂肪族PU則不會(huì)泛黃。不同的異氰酸酯結(jié)構(gòu)對(duì)聚氨酯的耐久性也有不同的影響，芳香族比脂肪族異氰酸酯的PU耐熱氧化性能好，因?yàn)榉辑h(huán)上的氫較難被氧化。

　　擴(kuò)鏈劑對(duì)PU性能也有影響。含芳環(huán)的二元醇與脂肪族二元醇擴(kuò)鏈的水性聚氨酯相比有較好的強(qiáng)度。二元胺擴(kuò)鏈劑能形成脲鍵，脲鍵的極性比氨酯鍵強(qiáng)，因而二元胺擴(kuò)鏈的聚氨酯比二元醇擴(kuò)鏈的聚氨酯具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、模量、黏附性，并且還有較好的低溫性能。澆注型聚氨酯彈性體多采用芳香族二胺MOCA作擴(kuò)鏈劑，除了固化工藝因素外，就是因?yàn)閺椥泽w具有良好的綜合性能。

　　聚氨酯的軟段在高溫下短時(shí)間不會(huì)很快被氧化和發(fā)生降解，但硬段的耐熱性影響聚氨酯的耐溫性能，硬段中可能出現(xiàn)由異氰酸酯反應(yīng)形成的幾種鍵基團(tuán)，其熱穩(wěn)定性順序如下：

　　異氰脲酸酯>脲>氨基甲酸酯>縮二脲>脲基甲酸酯   

　　其中最穩(wěn)定的異氰脲酸酯在270℃左右才開(kāi)始分解。氨酯鍵的熱穩(wěn)定性隨著鄰近氧原子的碳原子上取代基的增加及異氰酸酯反應(yīng)性的增加或立體位阻的增加而降低。

　　提高PU中硬段的含量通常使硬度增加、彈性降低。   

二、軟段的影響

　　聚醚、聚酯等低聚物多元醇組成軟段。軟段在PU中占大部分，不同的低聚物多元醇與二異氰酸酯制備的PU性能各不相同。下表列出了各種低聚物多元醇的種類(lèi)與所制得PU性能的關(guān)系。

　　各種低聚物多元醇的種類(lèi)與所制PU性能的   

　　極性強(qiáng)的聚酯作軟段得到的水性聚氨酯彈性體及泡沫的力學(xué)性能較好。聚酯型水性聚氨酯的強(qiáng)度、耐油性、熱氧化穩(wěn)定性比PPG聚醚型的高，但耐水解性能比聚醚型的差。聚四氫呋喃(PTMEG)型聚氨酯由于PTMEG結(jié)構(gòu)規(guī)整，易形成結(jié)晶，強(qiáng)度與聚酯型的不相上下。一般來(lái)說(shuō)，聚醚型聚氨酯，由于軟段的醚基較易旋轉(zhuǎn)，具有較好的柔順性，有優(yōu)越的低溫性能，并且聚醚中不存在相對(duì)較易水解的酯基，其耐水解性比聚酯型的好。以聚丁二稀為軟段的水性聚氨酯，軟段極性弱，軟硬段間相容性差，彈性體強(qiáng)度較差。   

　　含有側(cè)鏈的軟段，由于位阻作用，氫鍵弱，結(jié)晶性差，強(qiáng)度一般比相同軟段主鏈的無(wú)側(cè)基聚氨酯差。   

　　軟段的分子量對(duì)聚氨酯的力學(xué)性能有影響，一般來(lái)說(shuō)，假定聚氨酯分子量相同，其軟段若為聚酯，則PU的強(qiáng)度隨聚酯二醇分子量的增加而提高;若軟段為聚醚，則PU的強(qiáng)度隨聚醚二醇分子量的增加而下降，不過(guò)伸長(zhǎng)率卻上升。這是因?yàn)榫埘バ蛙浂伪旧順O性就較強(qiáng)，分子量大則結(jié)構(gòu)規(guī)整性高，對(duì)改善強(qiáng)度有利;而聚醚軟段則極性較弱，若分子量增大，則PU中硬段的相對(duì)含量就減小，強(qiáng)度下降。   

　　軟段的結(jié)晶性對(duì)線型聚氨酯鏈段的結(jié)晶性有較大的貢獻(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)結(jié)晶性對(duì)提高聚氨酯制品的性能是有利的，但有時(shí)結(jié)晶會(huì)降低材料的低溫柔韌性，并且結(jié)晶性聚合物常常不透明。為了避免結(jié)晶，可打亂分子的規(guī)整性，如采用共聚酯或共聚醚多元醇，或混合多元醇、混合擴(kuò)鏈劑等。