聚氨酯的热降解研究

发布时间:2020-5-29

水性聚氨酯以其优异的综合性能以及广泛的应用领域,使得水性聚氨酯的研 制与生产越来越受到世界各国的重视。WPU材料虽然综合性能较为优异,但是 也存在些许缺点需要解决,其中水性聚氨酯的耐热性和耐高温性普遍较差,当环 境温度超过80℃时,水性聚氨酯材料一些重要的性能都会下降,在温度达到200 以上时,WPU材料将会发生热降解,这也限制了WPU材料在某些特定条件下 的使用,并影响了水性聚氨酯的进一步发展。所以,对水性聚氨酯的热稳定性研 究成了国内外各相关企业和高校科研工作者的研究热点。因此,要想提高聚 氨酯耐热性,详细了解聚氨酯的热降解机理及其热稳定性影响因素是很有必要的。//www.bdebaile.com/upload/image/20200309/2020030912070110110.jpg
典型聚合物的耐热性可通过材料的软化温度和热分解温度来衡量。软化温度 是指聚合物从弹性状态变为粘性流动状态的温度,即聚合物链开始滑动的最低温 度。软化温度也是聚合物制品使用的温度极限。热分解温度是聚合物在加热时化 学键断裂的最低温度,聚合物材料长期使用时也不能超过这个温度。在聚氨酯中, 聚氨酯材料的热分解温度通常高于软化温度,并且热分解过程通常与其他分解过 程(氧化,水解等)同时进行以相互促进。
聚氨酯的热分解是一个非常复杂的物理和化学过程。根据聚氨酯的热分 解特性,聚氨酯的热分解大致分为两个阶段,初始热解阶段始于聚氨酯的硬链段, 第二阶段的热降解主要由聚氨酯软链段进行。聚氨酯链段的硬链段主要由氨基甲 酸酯,脲基甲酸酯,缩二脲和异氰酸酯的衍生基团组成,软链段中的基团主要是 酯基和醚基。由于从硬链段操作和控制聚氨酯的性能更容易和更有效,我们通常 从聚氨酯的硬链段提高聚氨酯的热分解温度。聚氨酯热解过程中硬链段基团的初 始热解温度顺序是:异氰酸酯三聚体(350℃ )>脲(250℃ )>氨基甲酸酯<200℃) >缩二脲(135-I40℃ )>脲基甲酸酯<106℃),聚氨酯中缩二脲和脲基甲酸酯 基团的热分解温度远低于氨基甲酸酯的热分解温度。

氨基甲酸酯热分解主要有以下三种形式,氨基甲酸酯基团的分解取决于其结构和反应条件。

第一种:氨基甲酸酯分解成异氰酸酯和醇。


第二种:氨基甲酸酯高温受热分解,生成氨基甲酸和烯烃,然后氨基甲酸又分解成伯胺和二氧化碳


第三种:与氨基甲酸酯相连的O-CH2基首先发生断键,然后一CH2与NH键

合,生成CO2和仲胺。


脲基在高温时发生的的热降解如下:


本文标签: 水性聚氨酯

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