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三级日本材料

森罗万象,详解聚脲、聚氨酯三级日本三级日本在线材料的异同点

一、聚氨酯与聚脲的分子结构相似点和相异点:

    聚氨酯是以含端异氰酸酯NCO化合物与含多羟基化合物经过化学反应,形成具有氨酯键   NHCOO(又称氨基甲酸酯)的高分子材料。

                                         - NCO+HO-  → -NHCOO-

    该反应需要一定的温度,并且需要催化剂。其所形成的高分子材料固化成膜后,其高分子链上含有多种化学键。如:碳碳键-C-C-、醚键-O-、酯键-COO-、氨酯键-NHCOO-、也含有少量脲键-NHCONH-等。

    聚脲是以含端多异氰酸酯NCO与端多元胺(包括树脂和扩链剂),反应所形成具有脲键 -- NHCONH- 的高分子材料。

-NCO-+NH2-  →  -NHCONH-

它无需催化剂,也不须加热即可迅速反应。在喷涂聚脲SPUA中需加热是调整粘度,便于均匀喷出成膜的需要。化学反应过程本身不需要加热。其固化后高分子链中含有碳碳键C-C  、 醚键 -O-  、脲键-NHCONH- 、酯键-COO-、氨酯键-NHCOO-等。

 

相同点:

1、聚氨酯固化成膜后和聚脲固化成膜后,分子链中所含的化学键种类是相同的或相似的的。

2、无论是聚氨酯和聚脲,其必须先制成含端基为异氰酸酯的预聚体或半预聚体或齐聚物。也有人将聚脲称为一种特殊的聚氨酯或高力学性能的聚氨酯。

不同点:

1、尽管聚氨酯和聚脲固化成膜后,所含化学键的种类相同或相似。但聚氨酯橡胶膜中对其物理性能起关键作用的官能团为氨酯键,而聚脲固化后对其性能起关键作用的官能团为脲键。在聚氨酯和聚脲中都会有氨酯键和脲键。但由于在聚氨酯固化后的橡胶膜中,氨酯键数量大大超过脲键,其性能主要由氨酯键所决定。而聚脲固化后的橡胶膜中脲键的数量超过氨酯键数量,其性能主要由脲键所影响。

2、脲键强度大大超过氨酯键强度,并且脲键很稳定。

3、对于市场上常见的喷涂聚氨酯(脲)PU(A)或称杂合聚脲hybride,在双组分中除采用氨基聚醚以及端氨基扩链剂外,还有羟基类物质(如聚醚、聚酯等)以及催化剂。杂合聚脲中氨类物质的量在交联固化剂中应在20%-80%,如果低于20%则称为聚氨酯。

4、单组分聚氨酯固化过程中,一个水分子消耗两个NCO,产生一个脲键,分子结构中氨酯键的数量仍大大超过脲键数量。其力学性能远低于单、双组分聚脲(包括杂合聚脲)。即使加入潜伏性固化剂,其氨酯键仍然大于脲键数量。常见的潜伏性固化剂为羟基和氨基同时封端化合物。解封后,与NCO异氰酸酯反应形成氨酯键和脲键。潜伏性固化剂只不过抑制CO2气泡的数量,抑制肉眼可见泡孔的产生。相当部分的NCO还是靠水分子反应形成脲键。只不过所产生CO2的速度和数量大大减少,不形成气孔。交联点有脲键,也有氨酯键。

5、市场上常见双组分刮涂聚脲实质上为聚氨酯(脲)即杂合聚脲。如果氨类固化剂在B组分(或称R组分)含量低于20%则为聚氨酯。一些市场上所谓的双组分刮涂聚脲实际为聚氨酯。因为其氨类固化剂低于20%。

6、对于双组分聚氨酯,B组分中如果不加入任何端氨基物质,而只有多元醇类物质,两者混合后,固化后的橡胶膜中主要含氨酯键,但仍然含有极少量脲键。因为当有催化剂存在时水份与羟基存在竞争反应。水份消耗NCO后,形成极少量脲键。

7、单组分聚脲必须对端氨基物质(包括扩链剂、树脂)进行封端,并且封端要完全,更不能加入含有任何羟基物质,也不能加入封端的羟基物质。否则,在同一系统中很快凝胶。

8、双组分喷涂聚脲SPUA,A组分为含有NCO的齐聚物或半预聚体。R组分(B组分)为含氨类物质(树脂、扩链剂)混合物,不能加入羟基物质和催化剂。这是国际聚脲发展协会PDA最新定义。传统定义是R组分(B组分)中氨类物质的量要超过80%,允许有低于20%的羟基类化合物(聚醚、聚酯)存在。

 

二、单双组分聚氨酯、聚脲的物理性能:

1、固化过程:

    固化过程就是交联反应过程,对于双组分聚氨酯:

                                  NCO-NCO + HO-OH → -NHCOO-NHCOO-

对于单组分聚氨酯: -NCO + H2O  → -NH2 + CO2↑

                                  -NH2 + NCO-   →  -NHCONH-

    对于聚脲的固化过程:

双组分喷涂聚脲:

                              NCO-NCO+NH2-NH2 →  -NHCONH-NHCONH-

单组分涂膜聚脲:  XYN-NXY+ H2O → NH2-NH2

                               NH2-NH2 + NCO-NCO  → -NHCONH-NHCONH-

上述XY为封闭剂。

固化过程均发生了化学反应。

    双组分聚氨酯交联后,交联点形成氨酯键;单组分聚氨酯、单组分聚脲、双组分聚脲固化交联后交联点均形成了脲键。但单组分聚氨酯只有一个脲键。双组分聚氨酯反应过程中极少量的水份也会与NCO反应,产生极少量脲键。

2、 影响性能的化学键

 

    上述表中,单组分聚氨酯在交联固化过程中,在水份作用下二个NCO产生一个二氧化碳分子,生成一个脲键。而单组分聚脲在交胶固化过程中,在水份作用下,解除封闭的胺基,而形成二个脲键。正是由于单组分聚脲和双组分喷涂聚脲在交联后交联点上形成二个脲键,其本体强度大大高于聚氨酯。而单组分聚氨酯交联后形成了一个脲键,其强度低于具有两个脲键的聚脲,另外其产生二氧化碳气泡也是造成强度低的一个原因。双组分聚氨酯固化后形成了2个氨酯键。上述为一种理想状态,实际交联反应要复杂得多。聚脲中有扩链剂,聚氨酯中也可有扩链剂,扩链剂均参与反应。另外在高温潮湿环境下,还有水份参与竞聚反应。反应过程中所选用分子种类、分子链大小以及扩链剂甚至包括施工过程等,对固化后的橡胶膜均有影响。

3、 聚氨酯与聚脲的力学性能对比:

    由于聚氨酯和聚脲交联后所形成氨酯键、脲键在相对数量上的差异,从而影响了其力学性能。其中最为关键的两点是拉伸强度和断裂伸长率。

    以上为市场一般常见产品。但拉伸强度和断裂伸长率与分子设计时分子种类、分子大小、官能度、辅助材料等有很大关系,其变化也很大。

 


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