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两相形态学之聚氨酯的软硬段与性能
2019/3/20
水性聚氨酯的性能，归根结底受大分子链的形态结构所影响。特别是聚氨酯弹性体材料，软段和硬段的相分离对水性聚氨酯的性能至关重要，聚氨酯的独特的柔韧性和宽范围的物性可用两相形态学来解释。水性聚氨酯材料的性能在很大程度上取决于软硬段的相结构及微相分离程度。适度的相分离 有利于改善聚合物的性能。
从微观形态结构看，在水性聚氨酯中，强极性和刚性的氨基甲酸酯基等基团由于内聚能大，分子间可以形成氢键，聚集在一起形成硬段微相区，室温下这些微区呈玻璃态次晶或微晶；极性较弱的聚醚链段或聚酯等链段聚集在一起形成软段相区。软段和硬段虽然有一定的混溶，但硬段相区与软段相区具有热力学不相容性质，导致产生微观相分离，并且软段微区及硬段微区表现出各自的玻璃化温度。软段相区主要影响材料的弹性及低温性能。硬段之间的链段吸引力远大于软段之间的链段吸引力，硬相不溶于软相中，而是分布其中，形成一种不连续的微相结构，常温下在软段中起物理交联点的作用，并起增强作用。故硬段对材料的力学性能，特别是拉伸强度、硬度和耐撕裂强度具有重要影响。这就是聚氨酯弹性体中即使没有化学交联，常温下也能显示高强度、高弹性的原因。聚氨酯弹性体中能否发生微相分离，微相分离的程度、硬相在软相中分布的均匀性都直接影响弹性体的力学性能。聚氨酯分子结构软硬段模型如下图所示：
实际上，前面提到的软段、硬段分子结构、分子量等因素也影响水性聚氨酯的相分离。例如，聚氧化丙烯型聚氨酯由于软段的极性与硬段相差大，相分离明显，溶解在软段中的硬段少，即软段中的“交联点”少，也是强度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。
从微观形态结构看，在水性聚氨酯中，强极性和刚性的氨基甲酸酯基等基团由于内聚能大，分子间可以形成氢键，聚集在一起形成硬段微相区，室温下这些微区呈玻璃态次晶或微晶；极性较弱的聚醚链段或聚酯等链段聚集在一起形成软段相区。软段和硬段虽然有一定的混溶，但硬段相区与软段相区具有热力学不相容性质，导致产生微观相分离，并且软段微区及硬段微区表现出各自的玻璃化温度。软段相区主要影响材料的弹性及低温性能。硬段之间的链段吸引力远大于软段之间的链段吸引力，硬相不溶于软相中，而是分布其中，形成一种不连续的微相结构，常温下在软段中起物理交联点的作用，并起增强作用。故硬段对材料的力学性能，特别是拉伸强度、硬度和耐撕裂强度具有重要影响。这就是聚氨酯弹性体中即使没有化学交联，常温下也能显示高强度、高弹性的原因。聚氨酯弹性体中能否发生微相分离，微相分离的程度、硬相在软相中分布的均匀性都直接影响弹性体的力学性能。聚氨酯分子结构软硬段模型如下图所示：
实际上，前面提到的软段、硬段分子结构、分子量等因素也影响水性聚氨酯的相分离。例如，聚氧化丙烯型聚氨酯由于软段的极性与硬段相差大，相分离明显，溶解在软段中的硬段少，即软段中的“交联点”少，也是强度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。
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