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聚氨酯链增长剂(扩链剂)

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-5-24 18:14:18
聚氨酯制品品种繁多、形态各异,影响各种聚氨酯制品性能的因素很多,这些因素之间相互有一定的联系。对于聚氨酯弹性体材料、泡沫塑料,性能的决定因素各不相同,但有一些共性。

聚氨酯由长链段原料与短链段原料聚合而成,是一种嵌段聚合物。一般长链二元醇构成软段,而硬段则是由多异氰酸酯和聚氨酯链增长剂(扩链剂)构成。软段和硬段种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。

聚氨酯材料大多由聚酯、聚醚等长链多元醇与多异氰酸酯、聚氨酯链增长剂(扩链剂)或交联剂反应而制成。聚氨酯的性能与其分子结构有关,而基团是分子的基本组成成分。通常,聚合物的各种性能,如力学强度、结晶度等与基团的内聚能大小有关。聚氨酯链增长剂(扩链剂)在其中起到了重要的作用。

聚氨酯分子中,除含有氨基甲酸酯基团外,不同的聚氨酯制品中还有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲、芳环及脂链等基团中的一种或多种。各基团对分子内引力的影响可用组分中各不同基团的内聚能表示,基团的内聚能(摩尔内能)。

酯基的内聚能比脂肪烃和醚基的内聚能高;脲基和氨基甲酸酯基的内聚能高,极性强。因此聚酯型聚氨酯的强度高于聚醚型和聚烯烃型,聚氨酯-脲的内聚力、粘附性及软化点比聚氨酯的高。

聚氨酯材料的结晶性、相分离程度等与大分子之间和分子内的吸引力有关,这些与组成聚氨酯的软段及硬段种类有关,也即与基团种类及密集程度有关。

氢键存在于含电负性较强的氮原子、氧原子的基团和含H原子的基团之间,与基团内聚能大小有关,硬段的氨基甲酸酯或脲基的极性强,氢键多存在于硬段之间。据报道,聚氨酯中的多种基团的亚胺基(NH)大部分能形成氢键,而其中大部分是NH与硬段中的羰基形成的,小部分与软段中的醚氧基或酯羰基之间形成的。



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与分子内化学键的键合力相比,氢键是一种物理吸引力,极性链段的紧密排列促使氢键形成;在较高温度时,链段接受能量而活动,氢键消失。氢键起物理交联作用,它可使聚氨酯弹性体具有较高的强度、耐磨性。氢键越多,分子间作用力越强,材料的强度越高。

结构规整、含极性及刚性基团多的线性聚氨酯,分子间氢键多,材料的结晶程度高,这影响聚氨酯的某些性能,如强度、耐溶剂性,聚氨酯材料的强度、硬度和软化点随结晶程度的增加而增加,伸长率和溶解性则降低。对于某些应用,如单组分热塑性聚氨酯胶粘剂,要求结晶快,以获得初粘力。某些热塑性聚氨酯弹性体因结晶性高而脱模快。结晶聚合物经常由于折射光的各向异性而不透明。

若在结晶性线性聚氨酯中引入少量支链或侧基,则材料结晶性下降,交联密度增加到一定程度,软段失去结晶性,整个聚氨酯弹性体可由较坚硬的结晶态变为弹性较好的无定型态。在材料被拉伸时,拉伸应力使得软段分子基团的规整性提高,结晶性增加,会提高材料的强度。硬段的极性越强,越有利于材料的结晶。

分子内适度的交联可使聚氨酯材料硬度、软化温度和弹性模量增加,断裂伸长率、永久变形和在溶剂中的溶胀性降低。对于聚氨酯弹性体,适当交联,可制得机械强度优良、硬度高、富有弹性,且有优良耐磨、耐油、耐臭氧及耐热性等性能的材料。但若交联过度,可使拉伸强度、伸长率等性能下降。

聚氨酯化学交联一般是由多元醇(偶尔多元胺或其它多官能度原料)原料或由高温、过量异氰酸酯而形成的交联键(脲基甲酸酯和缩二脲等)引起,交联密度取决于原料的用量。与氢键引起的物理交联相比,化学交联具有较好的热稳定性。

保护端基法。在聚氨酯乳化前,用特定的封闭剂如酚类将预聚体的端—NCO基保护起来,制成一种封闭式聚氨酯预聚体,使其失去活性,然后加入扩链剂、交联剂在水中分散制成乳液,应用时加热解封。


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