聚氨酯的结构与性质

 

影响聚氨酯结构与性质的主要因素为软硬段结构、异氰酸酯结构、聚氨酯分子量和交联度等。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它小分子扩链剂组成。两种链段的热力学不相容性会产生微观相分离,在聚合物基体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得形成具有较大的贡献,聚氨酯的硬段相起增强作用,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微相区形成的结果,而不单是硬段和软段之间的氢键所致。
与不对称二异氰酸酯(如TDI)相比,对称性二异氰酸酯(如MDI)制备的PU具有较高的模量和撕裂强度。芳香族异氰酸制备的PU强度一般比脂肪族异氰酸酯型PU的大,但抗紫外(UV)降解性能较差,抗热氧化性能好;扩链剂对PU性能也有影响,含芳环的二元醇与脂肪族二元醇扩链的PU相比有较好的强度,二元胺扩链的PU比二元醇扩链的PU具有较高的机械强度、模量、黏附性和耐热性,且还有较好的低温性能。
提高PU中硬段的含量通常使硬段增加、弹性降低,且一般来说,聚氨酯的内聚力和粘结力也得到提高。但若硬段含量太高,由于极性基团多会约束聚合物链段的活动和扩散能力,有可能降低粘接力。但含游离NCO基团的胶黏剂是例外,因NCO会与基材表面发生化学作用。
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。聚酯型PU比聚醚型PU具有较高的强度和硬度,通常采用聚酯作为PU的软段。软段为聚醚的PU,有优越的低温性能,比聚酯型耐水解性好。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,对改善强度有利;而聚醚软段则极性较弱,若分子量增大,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德内聚力和粘结力。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,且初黏性好。对于线型热塑性PU来说,分子量大则强度高,耐热性好;分子量小则分子活动能力和胶液的润湿能力强,是形成良好的粘接的一个条件,若固化时分子量增长不够,则粘接强度仍较差。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、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。
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