聚氨酯软段结构对其性能的影响

PU3618988 · 发表于 2020-8-19 15:57:27

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聚氨酯软段由低聚物多元醇（通常是聚醚或聚酯二醇）组成硬段由多异氰酸酯或其与小分子扩链剂组成。

～软段～硬段～软段～硬段～软段

由于两种链段的热力学不相容性会产生微观相分离，在聚合物内部形成相区或微相区。聚氨酯中存在氨酯，脲、酯、醚等基团会产生广泛的氢键，其中氨酯和脲键产生的氢键对硬段相区的形成具有较大的贡献，聚氨酯的硬段相起增强的作用，提供多官能度物理交联，软段基体被硬段相区交联。聚氨酯的优良性能首先是由于微相区形成的结果，而不单纯是由于硬段和软段之间的氢键所致。

构成软段的低聚合物多元醇的分子量通常在600-3000，一般来说，软段在PU中占大部分，不同的低聚物多元醇与而异氰酸酯制备的PU性能各不相同。

聚酯型PU比聚醚型PU具有更高的强度和硬度，因为酯基极性大，对极性材料粘接力大；内聚能（12.2KJ/mol）比醚基（4.2KJ/mol）高，软段分子间作用力大，内聚强度较大，机械强度就高，抗氧化性也比聚醚型好。为了获得较好的粘接强度，通常采用聚酯作为PU的软段。当然，软段为聚醚的PU，由于醚基较易旋转，具有较好的柔顺性，有优越的低温性能，并且聚醚中不存在相对较易水解的酯基，其PU比聚酯型耐水解性好。

软段的分子量与结晶性对PU性能的影响也很大。软段的分子量对聚氨酯的力学性能有影响，一般来说，假定PU分子量相同，其软段若为聚酯，则PU的强度随聚酯二醇分子量的增加而提高；若软段为聚醚，则PU的强度随聚醚二醇的分子量的增加而下降，不过伸长率却上升。这是因为聚酯型软段本身极性就较强，分子量大则结构规整性高，对改善强度有力；而聚醚软段则极性就较弱，分子量增大，则PU中硬段的相对含量就减小，强度下降。

结晶作用能成倍地增加粘接层的内聚力和粘接力。采用高结晶性的聚己二酸丁二醇酯二醇为软段的高分子量线型PU制成的胶黏剂，即使不用固化剂也能得到高强度的粘接，并且初年休好，而用含侧基的新戊二醇等制的的聚酯，结晶性差，但侧基对酯键起保护作用，能改善PU的抗热氧化、抗水和抗霉菌性能。用长链芳族二元羟酸等制得的聚酯型PU耐水解性，耐热性均有所提高。

对于线型热塑性PU来讲，分子量大则强度高。耐热性好。但是对于大多数反应性PU胶黏剂体系来说，PU分子量对胶黏剂粘接强度的影响主要应从固化前分子扩散能力、官能度及固化产物的韧性、交联密度等综合因素来看。分子量小则分子活动能力和胶液的湿润能力强，是形成良好的粘接的一个条件，倘若固化时分子量增长不够，则粘接强度较差。胶黏剂中预聚体的分子量大则初始粘接强度好，分子量小则初黏力小。

一定程度的交联可提高胶黏剂的粘接强度、耐热性、耐水解性和耐溶剂性。过分的交联影响结晶和微观相分离。可能会损害胶层的内聚强度。