提高聚氨酯材料耐熱性能的方法和手段
2018-12-5
原料對聚氨酯彈性體耐熱性影響
聚氨酯彈性體由軟段(低聚物多元醇,主要分為聚酯型、聚醚型和聚烯烴型多元醇等)和硬段(二異氰酸酯和擴鏈劑)組成。低聚物多元醇的相對分子質(zhì)量是多分散的,而多異氰酸酯往往是多種異構(gòu)體的混合物,異構(gòu)體的存在會破壞硬段的規(guī)整性,使得彈性體的耐熱性降低。嚴(yán)格控制原料的純度,降低縮二脲和脲基甲酸酯等熱穩(wěn)定性差的基團的摩爾分?jǐn)?shù),可以提高彈性體耐熱性。
1、低聚物多元醇
不同結(jié)構(gòu)的低聚物多元醇與相同異氰酸酯反應(yīng)生成的氨基甲酸酯,其熱分解溫度相差很大,伯醇最高,叔醇最低,這是由于靠近叔碳原子和季碳原子的鍵容易斷裂的緣故。由于酯基的熱穩(wěn)定性比較好,而醚基的碳原子上的氫容易被氧化,所以聚酯型聚氨酯耐熱性能比聚醚型聚氨酯好。由聚酯所制備的聚氨酯,聚酯類型的不同對熱性能幾乎沒有太大的影響。
對于聚醚型聚氨酯,聚醚的類型對其耐熱性能有一定的影響,如由甲苯二異氰酸酯(TDI)、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺(MOCA)分別與聚氧化丙烯二醇和聚四氫呋喃醚二醇(PTMG)所制備的聚氨酯,放入121℃環(huán)境下老化7天后,二者的拉伸強度存在明顯差別,前者室溫下拉伸強度保留率為44%,而后者保留率為60%。低聚物多元醇相對分子質(zhì)量或分子鏈長對聚氨酯熱降解的特征分解溫度沒有明顯的影響,聚酯型和聚醚型聚氨酯的降解機理,并分析了影響其耐熱性的因素,得出聚酯型聚氨酯彈性體耐熱性能優(yōu)于聚醚型的結(jié)論。
2、異氰酸酯
硬段是影響聚氨酯彈性體耐熱性能的主要結(jié)構(gòu)因素。硬段的剛性、規(guī)整性、對稱性越好,其彈性體的熱穩(wěn)定性亦越高。硬段質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,形成較多的硬段有序結(jié)構(gòu)和次晶結(jié)構(gòu),使兩相發(fā)生逆轉(zhuǎn),硬段相成為連續(xù)相,軟段分散在硬段相中,從而提高了高溫下彈性體的拉伸強度和耐熱性。從分子結(jié)構(gòu)上看,二苯基甲烷二異氰酸酯(MDl)與TDI分子結(jié)構(gòu)類似,均含有NCO基和苯環(huán)結(jié)構(gòu),但是由于結(jié)構(gòu)簡潔性、剛性、規(guī)整度和對稱性較弱,導(dǎo)致其彈性體的微相分離程度不夠,制得的彈性體熱穩(wěn)定性均一般。一般情況下,異氰酸酯純度越高,異構(gòu)體越少,生成的聚氨酯彈性體規(guī)整度、對稱性越高,耐熱性越好。結(jié)構(gòu)規(guī)整的異氰酸酯形成的硬鏈段極易聚集,提高了微相分離程度,硬段間的極性基團產(chǎn)生氫鍵,形成硬段相的結(jié)晶區(qū),使整個結(jié)構(gòu)具有較高的熔點。
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責(zé)任編輯:安大華泰
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