森羅萬象,詳解聚脲、聚氨酯耐磨防腐材料的異同點

一、聚氨酯與聚脲的分子結構相似點和相異點:

聚氨酯是以含端異氰酸酯NCO化合物與含多羥基化合物經過化學反應,形成具有氨酯鍵 NHCOO(又稱氨基甲酸酯)的高分子材料。

- NCO+HO- → -NHCOO-

該反應需要一定的溫度,並且需要催化劑。其所形成的高分子材料固化成膜後,其高分子鏈上含有多種化學鍵。如:碳碳鍵-C-C-、醚鍵-O-、酯鍵-COO-、氨酯鍵-NHCOO-、也含有少量脲鍵-NHCONH-等。

聚脲是以含端多異氰酸酯NCO與端多元胺(包括樹脂和擴鏈劑),反應所形成具有脲鍵 -- NHCONH- 的高分子材料。

-NCO-+NH2- → -NHCONH-

它無需催化劑,也不須加熱即可迅速反應。在噴塗聚脲SPUA中需加熱是調整粘度,便於均勻噴出成膜的需要。化學反應過程本身不需要加熱。其固化後高分子鏈中含有碳碳鍵C-C 、 醚鍵 -O- 、脲鍵-NHCONH- 、酯鍵-COO-、氨酯鍵-NHCOO-等。

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相同點:

1、聚氨酯固化成膜後和聚脲固化成膜後,分子鏈中所含的化學鍵種類是相同的或相似的的。

2、無論是聚氨酯和聚脲,其必須先製成含端基為異氰酸酯的預聚體或半預聚體或齊聚物。也有人將聚脲稱為一種特殊的聚氨酯或高力學性能的聚氨酯。

不同點:

1、儘管聚氨酯和聚脲固化成膜後,所含化學鍵的種類相同或相似。但聚氨酯橡膠膜中對其物理性能起關鍵作用的官能團為氨酯鍵,而聚脲固化後對其性能起關鍵作用的官能團為脲鍵。在聚氨酯和聚脲中都會有氨酯鍵和脲鍵。但由於在聚氨酯固化後的橡膠膜中,氨酯鍵數量大大超過脲鍵,其性能主要由氨酯鍵所決定。而聚脲固化後的橡膠膜中脲鍵的數量超過氨酯鍵數量,其性能主要由脲鍵所影響。

2、脲鍵強度大大超過氨酯鍵強度,並且脲鍵很穩定。

3、對於市場上常見的噴塗聚氨酯(脲)PU(A)或稱雜合聚脲hybride,在雙組分中除採用氨基聚醚以及端氨基擴鏈劑外,還有羥基類物質(如聚醚、聚酯等)以及催化劑。雜合聚脲中氨類物質的量在交聯固化劑中應在20%-80%,如果低於20%則稱為聚氨酯。

3、單組分聚脲必須對端氨基物質(包括擴鏈劑、樹脂)進行封端,並且封端要完全,更不能加入含有任何羥基物質,也不能加入封端的羥基物質。否則,在同一系統中很快凝膠。

4、雙組分噴塗聚脲SPUA,A組分為含有NCO的齊聚物或半預聚體。R組分(B組分)為含氨類物質(樹脂、擴鏈劑)混合物,不能加入羥基物質和催化劑。這是國際聚脲發展協會PDA最新定義。傳統定義是R組分(B組分)中氨類物質的量要超過80%,允許有低於20%的羥基類化合物(聚醚、聚酯)存在。

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二、單雙組分聚氨酯、聚脲的物理性能:

1、固化過程:

固化過程就是交聯反應過程,對於雙組分聚氨酯:

NCO-NCO + HO-OH → -NHCOO-NHCOO-

對於單組分聚氨酯: -NCO + H2O → -NH2 + CO2↑

-NH2 + NCO- → -NHCONH-

對於聚脲的固化過程:

雙組分噴塗聚脲:

NCO-NCO+NH2-NH2 → -NHCONH-NHCONH-

單組分塗膜聚脲: XYN-NXY+ H2O → NH2-NH2

NH2-NH2 + NCO-NCO → -NHCONH-NHCONH-

上述XY為封閉劑。

固化過程均發生了化學反應。

雙組分聚氨酯交聯後,交聯點形成氨酯鍵;單組分聚氨酯、單組分聚脲、雙組分聚脲固化交聯後交聯點均形成了脲鍵。但單組分聚氨酯只有一個脲鍵。雙組分聚氨酯反應過程中極少量的水份也會與NCO反應,產生極少量脲鍵。

2、 影響性能的化學鍵

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3、 聚氨酯與聚脲的力學性能對比:

由於聚氨酯和聚脲交聯後所形成氨酯鍵、脲鍵在相對數量上的差異,從而影響了其力學性能。其中最為關鍵的兩點是拉伸強度和斷裂伸長率。

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以上為市場一般常見產品。但拉伸強度和斷裂伸長率與分子設計時分子種類、分子大小、官能度、輔助材料等有很大關係,其變化也很大。



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