紫外线吸收剂在PU聚氨酯弹性体的抗老化应用

PU弹性体概述

PU弹性体是一种高分子应用材料,具有高强度、伸展性好、耐磨等优异性能,但耐候性稍差,容易发生水降解、热氧降解、紫外线降解等老化问题。PU弹性体按材料划分可分为聚醚PU弹性体和聚酯PU弹性体。一般来说,聚醚PU比聚酯PU的水解稳定性好,但抗热稳定性和抗紫外线老化性能稍差。

PU弹性体的紫外线降解反应

聚合物受紫外线照射所引起的降解反应称为紫外线降解,一般来说,PU弹性体吸收波段在290-380nm紫外线后发生降解,导致聚合物的链断裂,致使聚合物的整体性能发生变化,同时降解所形成的有色基团,会使PU的颜色加深。尤其是300-350nm波长的紫外线,对PU体系具有非常大的破坏力。以芳香族二异氰酸酯MDI合成的PU弹性体为例,在紫外线照射下,PU吸收240-330nm波长后,容易生成伯芳香胺,发生降解,其次,PU吸收大于340nm的波长后,会形成不稳定的氢过氧化物,从而导致PU变黄,甚至变成琥珀色,进一步降解。

上面阐述的都是PU弹性体的黄变和降解现象,现在我们分析一下这个化学反应过程。聚氨酯受到紫外线降解,是氨基甲酸酯基键的断裂,分N-C键断裂和C-O键断裂。反应式如下图

N-C键断裂,形成氨基自由基和烷基的自由基 ,并释放出二氧化碳。

C—O键断裂,形成氨基甲酰基自由基和烷氧基自由基,而氨基甲酰自由基分解成氨基 自由基和二氧化碳。

在PU弹性体添加紫外线吸收剂的作用

PU弹性体受紫外线照射后容易产生降解, 但添加紫外线吸收剂可大大地改善弹性体的力学性能和外观颜色,常用的紫外线吸收剂有古德UV-1240,UV-1300和UV-1400。它们能够强烈地吸收紫外线, 并将其有害的紫外光能转变成无害的热能形式放出。通常搭配抗氧剂V-900使用,会起到更好协同抗老化效果。

如聚醚 PU 弹性体,在氙灯老化仪上光照 80h,可明显获得弹性体的稳定效果(见下表)。由下表可见,添加紫外线吸收剂UV-1300+抗氧剂V-900的聚醚PU弹性体的拉伸 强 度 保 留率提高了29%;伸长率均提 高 了22%以上 。

聚醚 PU 弹性体在氙灯 下照射 600h 的黄变实验结果如下表,从实验结果看出,单使用紫外线吸收剂UV-1300可达到较好的稳定效果,若加上抗氧剂V-900,可获得最佳的光稳定性。

当然,除了添加紫外线吸收剂、抗氧剂等抗老化助剂外,材料的选择,制品的厚度,照射时间,或者制品的结构:软段类型(聚酯、聚醚)和硬段结构 (二异氰酸酯、 硬段质量分数)等等,都是影响PU聚氨酯弹性体老化性能的重要因素。


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