芳香族聚氨酯树脂黄变原因探讨

田正义 宋玉洪 高小岗 裴玲

摘  要：本文從内在和外在两方面因素探讨芳香族聚氨酯树脂黄变原因，为后续科研人员防止芳香族聚氨酯树脂黄变提供依据。

关键词：黄变;芳香族聚氨酯;树脂

聚氨酯（PU）树脂是一种热塑性弹性体，一般是由多异氰酸酯与含羟基的聚酯或聚醚多元醇反应制得，分子结构中含有一定量硬链段与软链段，这种分子结构为聚氨酯树脂提供很多优异的物理机械性能，使其应用范围大大拓宽。聚氨酯树脂以含苯环的MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）或TDI（甲苯二异氰酸酯）与聚酯或聚醚多元醇制备而成时，聚氨酯树脂成本低，力学性能好，但光照容易变色^[1]。目前大多采用芳香族聚氨酯为原料生产加工，为了有效解决其黄变问题，有必要对影响聚氨酯树脂机理进行深入的探讨。

1.内在因素对聚氨酯树脂耐黄变性的影响分析

1.1 聚氨酯树脂类型对耐黄变性的影响

由于大多数PU树脂都采用价格性能都比较优异的MDI或TDI作为原料，而MDI或TDI其分子结构中由于苯环直接与异氰酯基团连接，苯环上的大π键与临近的NCO形成共轭。所以，制成的PU树脂，在光、热、氧环境下，特别是聚氨酯在吸收290nm～400nm紫外线后，容易导致聚氨酯链断裂交联，造成聚氨酯制品的力学性能下降，降解产生发色基团，这是聚氨酯制品产生黄变降解的主要原因^[2]。

1.2 着色剂的耐光稳定性对聚氨酯树脂耐黄变性的影响

一般日常生活中所使用的PU树脂制品都会具有一定颜色，这就需要在PU树脂生产过程中添加着色剂来完成。PU树脂常用的着色剂主要是色浆和色粉两种，其主要成分都是颜料。因此，颜料的耐黄变性能的优劣也会影响人们对PU制品耐光性能评价。由于不同的颜料如无机、有机颜料对光、热、氧等环境条件的稳定性各不相同，所以含有颜料的聚氨酯制品在光照变色性能方面就会有所差异，在实际使用时应充分考虑产品用途与色料选择之间的关系，正确选择合适的着色剂。

2.外部因素对聚氨酯树脂耐黄变的影响分析

2.1 光、热、氧环境对聚氨酯树脂耐光、耐黄变的影响^[2]

聚氨酯制品在使用过程中会接触光、热、氧等环境条件，这些环境条件是诱发聚氨酯树脂制品产生黄变的主要影响因素。

聚氨酯的热降解：主要是随环境温度升高时，聚氨酯分子链的运动加剧，当分子链吸收的能量超过分子间化学键的离解能时会产生分子链的热降解或基团脱落。

聚氨酯的光降解：主要是受太阳光的影响，这是造成聚氨酯老化的主要外因。一般到达地面的太阳光中紫外光波长仅在290nm～400nm之间，波长低于290nm的紫外光均被高空的臭氧层所吸收，这部分紫外光仅占到达地面太阳光强度的6.1%，但却是引起高分子材料老化的最主要因素;太阳的红外光对高分子材料的老化起加速的作用，因为材料吸收红外光后转变为热能，热能加速材料的老化;可见光一般不能引起高分子材料的分子链的破坏，但与其它条件一起作用下，同样能够引发某些高聚物的降解以及含颜料的高分子材料的破坏。

聚氨酯的氧化降解：主要是受空气中氧的影响。聚氨酯的氧化并不是一个单一的过程，通常是与光照、温度共同作用影响的。

2.2 空气中污染物对聚氨酯树脂黄变的影响

由于人类的生产生活活动会向大气环境中排放一定量的废水、废气，因此空气中会含有一定的污染物，如NO₂、SO₂、H₂S、O₃等，这些污染物的存在会与聚氨酯树脂产生相互作用，而使PU制品发生变色黄变等降解，所以此类污染物也是聚氨酯树脂产生黄变的一类重要的影响因素。特别是由于聚氨酯合成过程中往往会添加酚类的抗氧化剂，如BHT（2，6-二叔丁基-4-甲基酚），BHT在接触到氮氧化物（NOx）时，会生成发色物质，而影响聚氨酯制品颜色。

综上，使用芳香族异氰酸酯制备聚氨酯树脂具有先天的易黄变性，只有根据树脂的不同使用场所，选择合适的耐黄变助剂进行解决。

参考文献

[1]  刘文济，徐伟萍，王锋，等.汽车用聚氨酯材料的应用与研究进展[J].聚氨酯工业，2015，30（3）：26-30

[2]  苗洁，耿瑾. 改善MDI型聚氨酯耐黄变性能的研究进展 [J].塑料工业，2018，46（10）：9-11