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扩链剂对聚氨酯性能的影响

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-23 17:31:56
本文介绍扩链剂对聚氨酯性能的影响

含芳环的二元醇与脂肪族二元醇扩链的聚氨酯相比有较好的强度。二元胺扩链剂能形成脲键,脲键的极性比氨酯键强,因而二元胺扩链剂对聚氨酯性能的影响更为明显。有二元胺扩链的聚氨酯比二元醇扩链的聚氨酯具有较高的机械强度、模量、粘附性、耐热性,并且还有较好的低温性能。

浇注型聚氨酯弹性体多采用芳香族二胺MOCA作扩链剂,除固化工艺因素外,就是因为扩链剂对聚氨酯性能的影响非常有利,弹性体具有良好的综合性能。

聚氨酯的软段在高温下短时间不会很快被氧化和发生降解,但硬段的耐热性影响聚氨酯的耐温性能,硬段中可能出现由异氰酸酯反应形成的几种键基团,其热稳定性顺序如下:

异氰脲酸酯>脲>氨基甲酸酯>缩二脲>脲基甲酸酯

其中最稳定的异氰酸酯在270℃左右才开始分解。氨酯键的热稳定性随着邻近氧原子碳原子上取代基的增加及异氰酸酯反应性的增加或立体位阻的增加而降低。并且氨酯键两侧的芳香族或脂肪族基团对氨酯键的热分解性也有影响,稳定性顺序如下:

R-NHCOOR>Ar-NHCOOR>R-NHCOOAr>Ar-NHCOOAr

提高聚氨酯中硬段的含量通常使硬度增加,弹性降低。

聚氨酯的形态结构。聚氨酯的性能,归根结底受大分子链形态结构的影响。特别是聚氨酯弹性体材料,软段和硬段的相分离对聚氨酯的性能至关重要,聚氨酯的独特的柔韧性和宽范围的物性可用两相形态学来解释。聚氨酯材料的性能在很大程序上取决于软硬段的相结构及微相分离程度。适度的相分离有利于改善聚合物的性能。

从微观形态结构看,在聚氨酯中,强极性和刚性的氨基甲酸酯基等基团由于内聚能大,分子间可以形成氢键,聚集在一起形成硬段微相区,室温下这些微区呈玻璃态次晶或微晶;极性较弱的聚醚链段或聚酯等链段聚集在一起形成软段相区。

软段和硬段虽然有一定的混容,但硬段相区与软段相区具有热力学不相容性质,导致产生微观相分离,并且软段微区及硬段微区表现出各自的玻璃化温度。软段相区主要影响材料的弹性及低温性能。



4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)

聚脲

降低凝胶反应速度,使得用喷涂浇铸技术生产这种高硬度聚合物成为可能。延长的凝胶速度可以改善与基层的粘着性、流动性、涂层之间的结合及表面质量。使用4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA作为熟化剂,可显著提高聚合物的抗冲击性能低温性能。


硬段之间的链段吸引力远大于软段之间的链段吸引力,硬相不溶于软相中,而是分布其中,形成一种不连续的微相结构,常温下在软段中起物理交联点的作用,并起增强作用。故硬段对材料的力学性能,特别是拉伸强度、硬度和抗撕裂强度具有重要影响。

这就是聚氨酯弹性体中即使没有化学交联,常温下也能显示高强度、高弹性的原因。聚氨酯弹性体中能否发生微相分离、微相分离的程度、硬相在软相中分布的均匀性都直接影响弹性体的力学性能。

实际上,前面提到的软段、硬段分子结构、分子量等因素也影响聚氨酯的相分离。例如,聚氧化丙烯型聚氨酯由于软段的极性与硬段相差大,相分离明日为,溶解在软段中的硬段少,即软段中的“交联点”少,也是强度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。

有研究表明,随着脲基甲酸酯、缩二脲等基团的增加,软质聚氨酯泡沫塑料的耐疲劳性能下降。

线性聚氨酯(弹性体)的分子量在一定程度内对力学性能有较大的影响,分子量的增加,则聚氨酯材料的拉伸强度、伸长率和硬度增加,而在有机溶剂中溶解性下降。对高交联度的聚氨酯材料,如泡沫塑料、涂料等,分子量并非影响其性能的主要因素。

温度对聚氨酯分子形态结构有影响,并影响到材料的性能。聚氨酯的初始反应温度可影响分子结构的规整性;热熟化即使反应基团完全反应,又使得基团和链节有机会排列有序;较高温度反应,可使得线性分子链形成少量支化和交联;而常温后熟化或低温放置,可使得聚合物分子链间形成氢键,并生适度的相分离,有利于性能的提高。

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