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13434079591一、概述
聚氨酯(PU)合成革(以下簡(jiǎn)稱PU革)是目前世界上代替天然皮革制品最為理想的材料,主耍應(yīng)用于鞋類、衣料、箱包袋、球類、家具、汽車、柔性容器、管道、輸送帶、帆布等領(lǐng)域。PU革的生產(chǎn)于50年代初期在德國(guó)、美國(guó)、日本開(kāi)始起步,由于其具有其他合成革無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),如易于根據(jù)需要進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、低溫下柔韌性好等,因而迅速發(fā)展起來(lái),產(chǎn)量不斷增加,花色品種也不斷更新?lián)Q代。 我國(guó)1979年在廣州合成革廠有了第一臺(tái)PU革生產(chǎn)裝置,隨后煙臺(tái)臺(tái)成革廠從日本引進(jìn)年產(chǎn)300萬(wàn)平方米的PU革生產(chǎn)線,1984年試生產(chǎn)結(jié)束并通過(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收.目前,我國(guó)已有40多條pU革生產(chǎn)線,年產(chǎn)量干法3000萬(wàn)平方米,濕法2440萬(wàn)平方米。
PU是一種熱塑性彈性體,由硬鏈段與軟鏈段構(gòu)成,隨著硬鏈段的比例增加,其強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)、硬度隨之增加.但增加硬鏈段過(guò)多,會(huì)使之失去彈性而使制革變得困難,一般硬鏈段占聚合物總重量的25%~50%.工業(yè)上通常用含羥量的聚酯或聚醚與異氰酸酯反應(yīng)制得。生產(chǎn)中一般使用聚酯多元醇,其中以己二酸與乙二醇制得的聚酯用得最廣,異氰酸酯有芳香族和脂肪族、脂環(huán)族之分,后者合成的PU久置不變黃,但價(jià)格貴、毒性大。目前一般使用的是芳香族中的MDI和TDI。由于MDI的空間取向比TDI規(guī)整,用MDI合成的PU其結(jié)晶性較好,耐熱、彈性及泛黃性也要好一些,加上固態(tài)MDI無(wú)毒,凝固點(diǎn)為41C,易熔,可以采用低溫一步法工藝生產(chǎn)。所以盡管TDI便宜,但絕大多數(shù)使用的都是MDI。
PU革具有耐油、耐磨、耐寒、耐屈曲、機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn).但也存在水解穩(wěn)定性差、光照變色、不耐霉菌、不耐熱、透濕性差等缺點(diǎn)。
由于PU革有它的不足,PU革有時(shí)會(huì)發(fā)生龜裂,甚至一塊一塊剝落.顯然,如果能克服PU革的缺點(diǎn),則其應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。日本巳經(jīng)制定了汽車、家具用pU革的參考標(biāo)準(zhǔn),其中對(duì)水解穩(wěn)定性的要求是在70C和相對(duì)濕度95%的環(huán)境中,10周后仍保持60%以上的強(qiáng)度;對(duì)耐光性的要求是在耐氣俟牢度試驗(yàn)儀中照射400h后,黑板測(cè)溫計(jì)溫度;汽車用PU革為83℃,家具用為63℃,強(qiáng)度仍保持60%以上;對(duì)耐熱性的要求(僅對(duì)汽車用PU革)為120C吉爾老化恒溫箱中保持400h,強(qiáng)度仍保持60%以上;對(duì)家具用PU革以使用壽命為10年做基礎(chǔ)。由于pU涂層位于pU革的表層,所以,PU革的老化問(wèn)題實(shí)際上就成了PU涂層的老化問(wèn)題。
二、影響PU革老化的主要因素
在自然界中,普遍存在著熱、空氣、陽(yáng)光、潮氣,這些都是影響PU革老化的因素。
2·1熱的影響聚合物的穩(wěn)定性通常依賴于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)和鍵的離解能。
PU不是均聚物,它是由多元異氰酸酯、多元醇和胺類擴(kuò)鏈劑等形成的,所以提高環(huán)境溫度,實(shí)際上是相當(dāng)于提供了鍵的離解能.由于熱的作用,會(huì)發(fā)生下列反應(yīng):R-NH-CO-O-R’→R-NH-R’+CO2↑
由于產(chǎn)生了熱降解,結(jié)果使產(chǎn)品的力學(xué)性能下降.在熱的作用下,還會(huì)由空氣中的氧引發(fā)自由基連鎖反應(yīng),這一反應(yīng)大約在80℃開(kāi)始,100℃以上加速反應(yīng).與聚醚型PU相比,聚酯型PU對(duì)熱氧化裂解是相當(dāng)穩(wěn)定的。2·2光的影響用芳香族異氰酸酯制備的PU,在光照下,導(dǎo)致紫外光降解,產(chǎn)品從無(wú)色變成黃色,這是由于在光照下生成了醌類:由于交聯(lián)反應(yīng)使得光老化脆化發(fā)生,而用脂肪族、脂環(huán)族異氰酸酯制備的PU,則顏色基本穩(wěn)定。2.3和空氣中潮氣的影響水對(duì)PU起看兩種作用,第一是增塑作用,即水分子滲入到PU大分子網(wǎng)中,與其中極性基團(tuán)形成氫鍵,削弱了相鄰分子間的相互作用,從而使力學(xué)性能下降.這一過(guò)程是可逆的,水被排出后,仍能夠修復(fù)PU的力學(xué)性能.第二是水解降解,導(dǎo)致力學(xué)性能顯著且永久性地降低。
聚醚型PU對(duì)于水和潮氣比聚酯型PU穩(wěn)定,但兩者耐濕氣性能差于耐水性能.這可能是由于聚醚型PU在濕氣下降解,浸出的酸滯留在材料中,進(jìn)一步加速催化水解(自催化水解),而聚醚型PU在濕氣下,則既存在水解反應(yīng)又存在氧化反應(yīng).對(duì)于PU,酸、堿、霉菌可加速水解反應(yīng)進(jìn)行。
二、改善PU耐老化性能的方法
為改善PU的耐老化性能,目前采用的方法有加添加劑和改變單體結(jié)構(gòu)與合成方法。3·1加添加劑法添加劑有熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、水解穩(wěn)定劑及其他添加劑,一般添加量在2%以下,并且效果顯著。
3·1·1熱穩(wěn)定劑
PU的熱穩(wěn)定性方面常添加酚類和胺類防老化劑.酚類常采用受阻酚,苯酚的多官能衍生物和含有酚的磺酸衍生物等.受阻酚中可用264、1010、330、2246、3114,工業(yè)上常用的是264,效果較好的是2246和3114.苯酚的多官能衍生物可用N,N-二烷基酰肼基團(tuán)的衍生物.此外,若2246與對(duì)苯二酚或鄰苯二酚并用則具有協(xié)同效應(yīng),并能預(yù)防PU在制造過(guò)程中著色。
胺類防老化劑中應(yīng)用最廣泛的是對(duì)苯二胺衍生物,如防老化劑H、DNP、4010NA等,此外,硫化二苯胺和芒芳基萘胺二聚體也可用于提高PU的熱穩(wěn)定性。
3.1.2光穩(wěn)定劑
主要添加二苯甲酮類及苯并三唑類光穩(wěn)定劑,其中常用的且效果顯著的有UV-9、UV-531、UV-24、UV-P、UV-327等.若紫外光(波長(zhǎng)290~400nm)吸收劑與熱穩(wěn)定劑配合恰當(dāng),則可獲得校好的效果,有協(xié)同防老化作用。對(duì)于PU,光穩(wěn)定劑與熱穩(wěn)定劑配合,效果顯著的有UV-P與2246,UV-531與264.最近出現(xiàn)了三嗪衍生物類化合物.既是熱穩(wěn)定劑又是光穩(wěn)定劑.
3.1.3水解穩(wěn)定劑
為了改善PU的水解穩(wěn)定性,常用聚碳化二亞胺水解穩(wěn)定劑.聚碳化二亞胺具空間受阻芳香族結(jié)構(gòu),與端羧基反應(yīng)生成不穩(wěn)定的中間體,而后重排為穩(wěn)定且中性的N-?;澹瑥亩岣吡?/font>PU的耐水解性能。3.2改變單體結(jié)構(gòu)與合成方法加添加劑防老化是行之有效的,但當(dāng)添加劑逐漸耗盡后便失去防老化作用。如水解穩(wěn)定劑聚碳化二亞胺能使PU的耐水解能力增加4倍,但它會(huì)逐漸耗盡,耗盡后便不再有防水解作用.根本性的辦法是改變單體結(jié)構(gòu)與合成方法。解決泛黃的問(wèn)題可以使用脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯.由于酯基具有親水性,減少酯基的數(shù)量可以提高PU的耐水解性能。不同種類的PU的耐老化性能歸納如表所示.可以看出,脂肪族或脂環(huán)族異氰酸酯與聚碳酸酯二醇合成的PU具有最好的耐老化性能。
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