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含氨基甲酸酯基团扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-5-8 20:30:06
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一类在分子链中含有多个氨基甲酸酯基团的高分子材料。通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、含氨基甲酸酯基团扩链剂/交联剂及少量助剂为原料制得。

从分子结构上看,聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物,一般由低聚物多元醇的柔性长链构成软段,以二异氰酸酯和含氨基甲酸酯基团扩链剂构成硬段, 硬段和软段交替排列,形成重复结构单元。

除含有氨酯基团外,聚氨酯分子内及分子间可形成氢键,软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离。生产TPU的含氨基甲酸酯基团扩链剂品种繁多,配方多种多样,因此在设计配方时,需根据性能要求选定原料和相关参数。

合成TPU的原料主要有3大类,即低聚物多元醇、二异氰酸酯以及小分子扩链剂;通常以NCO与OH摩尔比(R值)与硬段含量作为参数,并以大 分子二元醇的量为定值来进行配方计算。作者就影响TPU性能的相关因素以及配方设计过程中需要考虑的因素进行了讨论。

低聚物多元醇对TPU性能的影响 TPU所用的低聚物多元醇有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种。

在TPU中大分子二醇的质量分数通常约为50%~80%,因此对其性能 的影响较大。需要考虑多元醇的主要指标有羟值、酸值、色度、粘度、水分、相对分子质量及其分布 以及与异氰酸酯的反应活性等。

需要特别说明的是多元醇分子链的规整度对TPU的物理性能有很大影响,如果多元醇是均一且无取代基,则有利于大分子二醇的聚集,因而具有较高的物理性能;反之,则有利于形成无定型的TPU,从而导致合成的TPU具有较低的物理性能。因此在生产研究过程中考虑大分子二元醇的品质是十分必要的。

低聚物多元醇种类。低聚物链段结构的规整性对软段分子链段排列、低聚物本身结晶性及制得的TPU性能有很大影响。



理化指标:2,2-二羟甲基丙酸(扩链剂亲水剂DMPA)是一种无味,白色结晶,易溶于水、甲醇、二甲基甲酰胺等,难溶于丙酮、苯、甲苯等。。新戊基结构使它有良好的耐热性、耐水性和颜色稳定性,它既具有醇的性质,又具有羟酸化合物的性质结构又赋予它一些特殊用途。

2,2-二羟甲基丙酸(扩链剂亲水剂DMPA)用途:DMPA是一种既有羟基又有羧基基团, 多功能受阻的二元醇分子,自由酸基团在与碱中和后,能积极提高树脂的水溶性或分散性能;引入极性基团,改进涂料的附着力和合成纤维的染色性能;增加镀膜的碱溶性。DMPA是一种多用途的有机原料。本产品在水性聚氨酯制造中既是扩链剂,又能使聚氨酯获得自乳化性能,可制成稳定性优良的自乳化性水性聚氨酯;还用于制备聚氨酯水乳液型皮革涂饰剂,是传统的水乳性聚丙烯酸酯皮革涂饰剂的升级换代产品;用作改进聚酯树脂的添加剤;用作制造光敏树脂和液晶的原料;用于环氧酯涂料、聚氨酯弹性体及粉末涂料;用于制造磁性记录材料及其粘合剂,以生产录音磁带、录像磁带、计算机磁带、数据记录磁带和磁卡等。



聚酯多元醇分子中含有较多的极性酯基,可形成较强的分子内氢键,因而聚酯型TPU具有较高的强度、耐磨及耐油性能;聚酯链段易受水分子的侵袭发生断裂,且水解生成的酸又能催化聚酯链段的进一步水解,因而其耐水解能力比聚醚型TPU差。

聚醚多元醇中醚键氧原子相邻的碳原子容易被空气氧化,也容易受紫外线的攻击,因而聚醚型的TPU具有较低的热稳定性和抗光氧化性;醚键不易水解且较为柔顺,所以制得的TPU具有较好的水解稳定性、耐候性、低温柔顺性和耐霉菌性等性能。

用聚烯烃类多元醇合成的TPU具有优异的耐水解性、电绝缘性、低温柔性、气密及水密性能。低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的TPU具有良好的耐水和耐紫外光性能。

精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇,制得的TPU耐水解、但强度不高。不同的大分子二醇对TPU性能具有不同的影响,所以在选择大分子二元醇时,应根据产品的使用要求选择适合种类的大分子二醇。

低聚物多元醇相对分子质量。在确定低聚物多元醇种类的情况下,还需要了解低聚物多元醇相对分子质量对TPU性能影响。在原料配比一定的情况下,改变低聚物多元醇相对分子质量对TPU的性能有较大影响。

随软段相对分子质量的增加,软段比例增加,硬度、弹性模量降低,弹性增加。所以在选择大分子二元醇时,应根据产品的使用要求选择适合相对分子质量的低聚物二元醇。

热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU,是一种(AB)n型嵌段线性聚合物,A为高分子量(1000~6000)的聚酯或聚醚,B为含2~12直链碳原子的二醇,AB链段间化学结构是二异氰酸酯。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联,随着温度的升高或降低,这两种交联结构具有可逆性。


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