聚氨酯的熱降解研究
發(fā)布時間：2020-5-29
水性聚氨酯以其優(yōu)異的綜合性能以及廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，使得水性聚氨酯的研制與生產(chǎn)越來越受到世界各國的重視。WPU材料雖然綜合性能較為優(yōu)異，但是也存在些許缺點需要解決，其中水性聚氨酯的耐熱性和耐高溫性普遍較差，當(dāng)環(huán)境溫度超過80℃時，水性聚氨酯材料一些重要的性能都會下降，在溫度達(dá)到200℃以上時，WPU材料將會發(fā)生熱降解，這也限制了WPU材料在某些特定條件下的使用，并影響了水性聚氨酯的進(jìn)一步發(fā)展。所以，對水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性研究成了國內(nèi)外各相關(guān)企業(yè)和高?？蒲泄ぷ髡叩难芯繜狳c。因此，要想提高聚氨酯耐熱性，詳細(xì)了解聚氨酯的熱降解機理及其熱穩(wěn)定性影響因素是很有必要的。
典型聚合物的耐熱性可通過材料的軟化溫度和熱分解溫度來衡量。軟化溫度是指聚合物從彈性狀態(tài)變?yōu)檎承粤鲃訝顟B(tài)的溫度，即聚合物鏈開始滑動的最低溫度。軟化溫度也是聚合物制品使用的溫度極限。熱分解溫度是聚合物在加熱時化學(xué)鍵斷裂的最低溫度，聚合物材料長期使用時也不能超過這個溫度。在聚氨酯中，聚氨酯材料的熱分解溫度通常高于軟化溫度，并且熱分解過程通常與其他分解過程(氧化，水解等)同時進(jìn)行以相互促進(jìn)。
聚氨酯的熱分解是一個非常復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。根據(jù)聚氨酯的熱分解特性，聚氨酯的熱分解大致分為兩個階段，初始熱解階段始于聚氨酯的硬鏈段，第二階段的熱降解主要由聚氨酯軟鏈段進(jìn)行。聚氨酯鏈段的硬鏈段主要由氨基甲酸酯，脲基甲酸酯，縮二脲和異氰酸酯的衍生基團(tuán)組成，軟鏈段中的基團(tuán)主要是酯基和醚基。由于從硬鏈段操作和控制聚氨酯的性能更容易和更有效，我們通常從聚氨酯的硬鏈段提高聚氨酯的熱分解溫度。聚氨酯熱解過程中硬鏈段基團(tuán)的初始熱解溫度順序是:異氰酸酯三聚體(350℃ )>脲(250℃ )>氨基甲酸酯<200℃)>縮二脲(135-I40℃ )>脲基甲酸酯<106℃)，聚氨酯中縮二脲和脲基甲酸酯基團(tuán)的熱分解溫度遠(yuǎn)低于氨基甲酸酯的熱分解溫度。
典型聚合物的耐熱性可通過材料的軟化溫度和熱分解溫度來衡量。軟化溫度是指聚合物從彈性狀態(tài)變?yōu)檎承粤鲃訝顟B(tài)的溫度，即聚合物鏈開始滑動的最低溫度。軟化溫度也是聚合物制品使用的溫度極限。熱分解溫度是聚合物在加熱時化學(xué)鍵斷裂的最低溫度，聚合物材料長期使用時也不能超過這個溫度。在聚氨酯中，聚氨酯材料的熱分解溫度通常高于軟化溫度，并且熱分解過程通常與其他分解過程(氧化，水解等)同時進(jìn)行以相互促進(jìn)。
聚氨酯的熱分解是一個非常復(fù)雜的物理和化學(xué)過程。根據(jù)聚氨酯的熱分解特性，聚氨酯的熱分解大致分為兩個階段，初始熱解階段始于聚氨酯的硬鏈段，第二階段的熱降解主要由聚氨酯軟鏈段進(jìn)行。聚氨酯鏈段的硬鏈段主要由氨基甲酸酯，脲基甲酸酯，縮二脲和異氰酸酯的衍生基團(tuán)組成，軟鏈段中的基團(tuán)主要是酯基和醚基。由于從硬鏈段操作和控制聚氨酯的性能更容易和更有效，我們通常從聚氨酯的硬鏈段提高聚氨酯的熱分解溫度。聚氨酯熱解過程中硬鏈段基團(tuán)的初始熱解溫度順序是:異氰酸酯三聚體(350℃ )>脲(250℃ )>氨基甲酸酯<200℃)>縮二脲(135-I40℃ )>脲基甲酸酯<106℃)，聚氨酯中縮二脲和脲基甲酸酯基團(tuán)的熱分解溫度遠(yuǎn)低于氨基甲酸酯的熱分解溫度。
氨基甲酸酯熱分解主要有以下三種形式，氨基甲酸酯基團(tuán)的分解取決于其結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。
第一種:氨基甲酸酯分解成異氰酸酯和醇。
第二種:氨基甲酸酯高溫受熱分解，生成氨基甲酸和烯烴，然后氨基甲酸又分解成伯胺和二氧化碳
合，生成CO2和仲胺。
脲基在高溫時發(fā)生的的熱降解如下:
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水性聚氨酯
責(zé)任編輯：安大華泰
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