芳香族聚氨酯樹脂黃變原因探討

田正義 宋玉洪 高小崗 裴玲

摘? 要：本文從內在和外在兩方面因素探討芳香族聚氨酯樹脂黃變原因，為后續科研人員防止芳香族聚氨酯樹脂黃變提供依據。

關鍵詞：黃變;芳香族聚氨酯;樹脂

聚氨酯（PU）樹脂是一種熱塑性彈性體，一般是由多異氰酸酯與含羥基的聚酯或聚醚多元醇反應制得，分子結構中含有一定量硬鏈段與軟鏈段，這種分子結構為聚氨酯樹脂提供很多優異的物理機械性能，使其應用范圍大大拓寬。聚氨酯樹脂以含苯環的MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）或TDI（甲苯二異氰酸酯）與聚酯或聚醚多元醇制備而成時，聚氨酯樹脂成本低，力學性能好，但光照容易變色^[1]。目前大多采用芳香族聚氨酯為原料生產加工，為了有效解決其黃變問題，有必要對影響聚氨酯樹脂機理進行深入的探討。

1.內在因素對聚氨酯樹脂耐黃變性的影響分析

1.1 聚氨酯樹脂類型對耐黃變性的影響

由于大多數PU樹脂都采用價格性能都比較優異的MDI或TDI作為原料，而MDI或TDI其分子結構中由于苯環直接與異氰酯基團連接，苯環上的大π鍵與臨近的NCO形成共軛。所以，制成的PU樹脂，在光、熱、氧環境下，特別是聚氨酯在吸收290nm～400nm紫外線后，容易導致聚氨酯鏈斷裂交聯，造成聚氨酯制品的力學性能下降，降解產生發色基團，這是聚氨酯制品產生黃變降解的主要原因^[2]。

1.2 著色劑的耐光穩定性對聚氨酯樹脂耐黃變性的影響

一般日常生活中所使用的PU樹脂制品都會具有一定顏色，這就需要在PU樹脂生產過程中添加著色劑來完成。PU樹脂常用的著色劑主要是色漿和色粉兩種，其主要成分都是顏料。因此，顏料的耐黃變性能的優劣也會影響人們對PU制品耐光性能評價。由于不同的顏料如無機、有機顏料對光、熱、氧等環境條件的穩定性各不相同，所以含有顏料的聚氨酯制品在光照變色性能方面就會有所差異，在實際使用時應充分考慮產品用途與色料選擇之間的關系，正確選擇合適的著色劑。

2.外部因素對聚氨酯樹脂耐黃變的影響分析

2.1 光、熱、氧環境對聚氨酯樹脂耐光、耐黃變的影響^[2]

聚氨酯制品在使用過程中會接觸光、熱、氧等環境條件，這些環境條件是誘發聚氨酯樹脂制品產生黃變的主要影響因素。

聚氨酯的熱降解：主要是隨環境溫度升高時，聚氨酯分子鏈的運動加劇，當分子鏈吸收的能量超過分子間化學鍵的離解能時會產生分子鏈的熱降解或基團脫落。

聚氨酯的光降解：主要是受太陽光的影響，這是造成聚氨酯老化的主要外因。一般到達地面的太陽光中紫外光波長僅在290nm～400nm之間，波長低于290nm的紫外光均被高空的臭氧層所吸收，這部分紫外光僅占到達地面太陽光強度的6.1%，但卻是引起高分子材料老化的最主要因素;太陽的紅外光對高分子材料的老化起加速的作用，因為材料吸收紅外光后轉變為熱能，熱能加速材料的老化;可見光一般不能引起高分子材料的分子鏈的破壞，但與其它條件一起作用下，同樣能夠引發某些高聚物的降解以及含顏料的高分子材料的破壞。

聚氨酯的氧化降解：主要是受空氣中氧的影響。聚氨酯的氧化并不是一個單一的過程，通常是與光照、溫度共同作用影響的。

2.2 空氣中污染物對聚氨酯樹脂黃變的影響

由于人類的生產生活活動會向大氣環境中排放一定量的廢水、廢氣，因此空氣中會含有一定的污染物，如NO₂、SO₂、H₂S、O₃等，這些污染物的存在會與聚氨酯樹脂產生相互作用，而使PU制品發生變色黃變等降解，所以此類污染物也是聚氨酯樹脂產生黃變的一類重要的影響因素。特別是由于聚氨酯合成過程中往往會添加酚類的抗氧化劑，如BHT（2，6-二叔丁基-4-甲基酚），BHT在接觸到氮氧化物（NOx）時，會生成發色物質，而影響聚氨酯制品顏色。

綜上，使用芳香族異氰酸酯制備聚氨酯樹脂具有先天的易黃變性，只有根據樹脂的不同使用場所，選擇合適的耐黃變助劑進行解決。

參考文獻

[1]? 劉文濟，徐偉萍，王鋒，等.汽車用聚氨酯材料的應用與研究進展[J].聚氨酯工業，2015，30（3）：26-30

[2]? 苗潔，耿瑾. 改善MDI型聚氨酯耐黃變性能的研究進展 [J].塑料工業，2018，46（10）：9-11