浅谈聚氨酯TPU耐水解性和抗紫外线性能

热塑性聚氨酯TPU是最早被发现的既有橡胶弹性又有塑料热塑性的高分子材料。TPU具有优异的物理机械性能，拉伸强度、伸长率都比较高，耐磨性也很好， 因此常用于制造鞋底和电缆护套，同时也具有优异的抗撕裂性能，在很宽的温度范围内均具有柔顺性。

聚酯型TPU的耐磨性、抗撕裂性以及拉伸强度、撕裂强度都优于聚醚型TPU，聚醚型TPU则适合于对耐水解性、耐微生物降解性和低温性、柔顺性要求较高的场合，而通过特殊方法合成的聚醚酯型TPU同时具有二者的特点，性能更加优异，可用作消防水管、电缆护套、薄膜等的生产。

1、耐水解性

在以聚己二酸丁二酯二元醇制备的羧酸酯聚酯基TPU过程中，少数链为末反应的羧基(- CO₂H)所封端而引人到二元醇组分中。当羧酸酯聚酯基TPU水解时，在羧酸酯(-COO-)链处产生链断裂而生成携带有羧基封端的某些新链。这种由两种来源形成的羧基自动催化，使TPU进一步水解并加速这种降解过程。

聚碳酰二亚胺结构已被证实是聚(酯-氨基甲酸酯)非常有效的水解稳定剂，其功能是与生成的羧基发生反应，起到中和作用，同时还能修复水解聚合物中的断裂链。

加入聚碳酰二亚胺（PCD）对TPU水解稳定性的影响

聚环氧化合物由于具有与羧基反应和中和的能力，也可用作聚氨酯水解稳定剂，同时亦可用来改善断链的TPU。

由聚（ε-己内酯）二元醇制得的内酯聚酯基TPU，其稳定性和稳定作用非常类似于羧酸酯聚酯基TPU。事实上，聚己内酰胺(PCL)中的大分子二元醇键就是羧酸酯键，但大分子二元醇是由内酯聚合而不是由二羧酸-二元醇缩合来制取。

如聚(碳酸己二酯)二元醇类碳酸酯聚酯基TPU具有优异的抗水解性，酯键[如碳酸酯键(-0-C0-0-)]在断链上生成羟基封端和二氧化碳气体，但无端羧基来进一步自动催化水解。

聚丁二醇累聚醚类TPU，由于大分子二元醇的醚键非常难以水解，因而具有明显的水解稳定性。事实上，就聚(醚-氨基甲酸酯)的水解而论，氨基甲酸酯键成为最敏感键。

决定TPU水解稳定性的另一个重要因家是疏水性程度 和TPU链的透水性。因此TPU越疏水（例如高硬度TPU），吸水量也就越少，这样就更能抗水解。

2、耐紫外线辐射

TPU在大气老化中最重要的影响因素是波长为330~410nm的紫外线辐射。伴随太阳辐射而带来的这种能量引发了TPU的自动氧化降解过程，它使链产生广泛的化学交联，使TPU变脆和不溶解，芳族氨基甲酸酯TPU更是如此。此外，在这--过程中，芳族氨基甲酸酯TPU产生明显的黄棕色，而脂族氨基甲酸酯TPU则颜色较稳定。

紫外降解过程被认为在含有前醌型结构的芳族氨基甲酸酯中产生了醌亚胺结构，随后可能活泼氢部分加成到醌亚胺上生成交联的TPU链。

人们对于这种芳族氨基甲酸酯的紫外降解过程尚持有不同的见解，其中包括有化学式如下所示的光-弗利斯重排反应(photo-Fies rarangments),以解释TPU链的色变和交联。

以上两种化学反应式不可能在脂族氨基甲酸酯TPU中生成，因为后者无醌型结构。事实上，两种结构相比表明，脂族氨基甲酸酯TPU较芳族氨基甲酸酯TPU显示出较佳的紫外光稳定性。

无疑，不管TPU中氨基甲酸酯基结构如何，在紫外光引发自动氧化过程中也可能会发生TPU链的某种程度的氢过氧化作用。由TPU紫外光降解过程的性质来看，紫外光吸收剂[2-(2’-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑]与抗氧剂[四(亚甲基-3(3',5'-二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸)甲烷]化合，为TPU提供了一个特别有效的紫外光稳定体系。另外，单独使用少量炭黑，可起屏蔽紫外光作用，它是TPU非常有效的紫外光稳定剂。