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聚氨酯合成革日晒黄变老化机理实验解析

聚氨酯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。聚氨酯合成革的主要原材料即是PU树脂,合成革常用的PU树脂大部分是由含苯环的MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)与聚酯或聚醚多元醇制备而成,一般称为芳香族聚氨酯树脂;还有部分聚氨酯树脂是由不含苯环的 HDI(六亚甲基二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)与聚酯或聚醚多元醇制备,一般称为脂肪族聚氨酯树脂。以芳香族聚氨酯树脂为原料制成的合成革成本低,力学性能好,但光照容易变色,聚酯型PU树脂耐水解、耐老化性能差;脂肪族聚氨酯树脂由于选择成本较高的IPDI、HDI为原料,所以造成合成革成本也较高,且力学性能不如芳香族产品,但其耐光性好,不容易产生黄变。
上海千实精密机电科技有限公司是一家纺织测试仪器生产厂家,能够提供各种纺织类检测仪器,欢迎有需求的客户及时电询。上海千实研发技术工程师表示,目前合成革行业大多采用芳香族聚氨酯为原料生产加工,因此有必要对影响聚氨酯合成革黄变机理进行深入的研究, 再通过合适的分析检测手段,找到解决聚氨酯合成革黄变问题的有效方案。
聚氨酯的这种光降解情况包括两种形成机理,一种机理是:聚氨酯在吸收波长大于340nm的光线后,在MDI上的亚甲基发生氧化,形成不稳定的氢过氧化物,进而形成发色团醌-酰亚胺结构,该结构导致聚氨酯变黄,再进一步经过氧化生成二醌-酰亚胺结构,变为琥珀色;二种机理是:聚氨酯在吸收波长小于340nm光后,发生Photo-Fries重排,生成芳香胺,进一步降解产生黄变。而脂肪族聚氨酯树脂中,不含苯环等双键结构,因此,脂肪族的PU树脂耐光性能好,不容易产生黄变。
耐光黄变测试方法:
高分子材料经受日光(或模拟日光的人工光源)暴露,保持其原来物理性能或化学性质的能力称之为高分子材料的耐光性。目前合成革行业普遍采用的耐光测试方法主要有四种,它们是基于四种不同光源设备条件下的测试方法:人工加速老化测试、紫外线加速老化测试、UVA紫外灯泡耐光黄变测试、UVB紫外灯管耐光测试4种基本方法。
WOM人工加速老化试验
WOM测试是采用氙灯老化设备进行试验检测的方法,氙灯老化试验箱能产生紫外光、可见光和红外光。所以,氙弧灯老化测试被认为是能模拟全太阳光谱的测试方法。氙灯老化可以将被测样品连续暴露在相当于夏天正午时光照环境中,与户外实际环境相比,其平均光照强度更强,日均暴露时间更长。该设备能够在耐光测试的同时,还模拟环境的温度及湿度变化。因此,氙灯老化测试能够非常客观准确的反应自然环境下的材料颜色变化与老化。由于氙灯老化设备较为昂贵、测试条件也比较苛刻,目前该方法在合成革行业还主要用于汽车革的耐光老化测试领域。


紫外加速老化试验
紫外老化设备就是基于短波紫外辐射原理,因为短波紫外线被认为是对曝露于室外的塑料造成严重损害的首要因素。合成革行业使用的检测设备多是采用UVA-340型的灯管,UVA-340灯的光谱能量分布与太阳光波长在290~360nm范围内能量分布极为接近,可以模拟太阳光紫外光部分对材料所造成的损害效果。同时,QUV设备还配有冷凝系统来模拟自然环境下潮湿侵蚀,这一模拟条件与自然老化极为相似。
目前, 该方法广泛用于各个行业的耐光测试检测,也是合成革行业普遍采用的一种测试方法。主要用于鞋革制品等的耐光黄变检测。
UVA耐光老化试验
UVA灯泡主要光谱能量分布UVA(315nm~400nm)波段13.6W,少量分布在UVB(280nm~315nm)波段3.0W,波峰集中在UVA波段365nm左右。该设备不对测试产品进行温度和湿度控制。目前,只有个别制鞋企业采用这种测试方法。
UVB耐光老化试验
UVB耐光老化试验使用的是两根日本三共电器株式会社的UVB紫外灯管进行耐光老化试验的,其光谱能量分布在280~360nm之间,峰值集中在306nm处。UVB型灯管也是通常使用的加速人工气候老化试验用灯,它比UVA型灯对材料的破坏速度更快,因为其波长比UVA灯管波长短,在同样辐照度(光强度)下,其对很多材料会造成偏离实际的试验结果。因此,这种检查方法的准确性、可靠性还有待考察。

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