聚氨酯合成革日曬黃變老化機理實驗解析

更新時間：2021-01-28

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聚氨酯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。聚氨酯合成革的主要原材料即是PU樹脂，合成革常用的PU樹脂大部分是由含苯環的MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）與聚酯或聚醚多元醇制備而成，一般稱為芳香族聚氨酯樹脂；還有部分聚氨酯樹脂是由不含苯環的 HDI（六亞甲基二異氰酸酯）、IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）與聚酯或聚醚多元醇制備，一般稱為脂肪族聚氨酯樹脂。以芳香族聚氨酯樹脂為原料制成的合成革成本低，力學性能好，但光照容易變色，聚酯型PU樹脂耐水解、耐老化性能差；脂肪族聚氨酯樹脂由于選擇成本較高的IPDI、HDI為原料，所以造成合成革成本也較高，且力學性能不如芳香族產品，但其耐光性好，不容易產生黃變。
上海千實精密機電科技有限公司是一家紡織測試儀器生產廠家，能夠提供各種紡織類檢測儀器，歡迎有需求的客戶及時電詢。上海千實研發技術工程師表示，目前合成革行業大多采用芳香族聚氨酯為原料生產加工，因此有必要對影響聚氨酯合成革黃變機理進行深入的研究，再通過合適的分析檢測手段，找到解決聚氨酯合成革黃變問題的有效方案。
聚氨酯的這種光降解情況包括兩種形成機理，一種機理是：聚氨酯在吸收波長大于340nm的光線后，在MDI上的亞甲基發生氧化，形成不穩定的氫過氧化物，進而形成發色團醌-酰亞胺結構，該結構導致聚氨酯變黃，再進一步經過氧化生成二醌-酰亞胺結構，變為琥珀色；二種機理是：聚氨酯在吸收波長小于340nm光后，發生Photo-Fries重排，生成芳香胺，進一步降解產生黃變。而脂肪族聚氨酯樹脂中，不含苯環等雙鍵結構，因此，脂肪族的PU樹脂耐光性能好，不容易產生黃變。
耐光黃變測試方法：
高分子材料經受日光（或模擬日光的人工光源）暴露，保持其原來物理性能或化學性質的能力稱之為高分子材料的耐光性。目前合成革行業普遍采用的耐光測試方法主要有四種，它們是基于四種不同光源設備條件下的測試方法：人工加速老化測試、紫外線加速老化測試、UVA紫外燈泡耐光黃變測試、UVB紫外燈管耐光測試4種基本方法。
WOM人工加速老化試驗
WOM測試是采用氙燈老化設備進行試驗檢測的方法，氙燈老化試驗箱能產生紫外光、可見光和紅外光。所以，氙弧燈老化測試被認為是能模擬全太陽光譜的測試方法。氙燈老化可以將被測樣品連續暴露在相當于夏天正午時光照環境中，與戶外實際環境相比，其平均光照強度更強，日均暴露時間更長。該設備能夠在耐光測試的同時，還模擬環境的溫度及濕度變化。因此，氙燈老化測試能夠非常客觀準確的反應自然環境下的材料顏色變化與老化。由于氙燈老化設備較為昂貴、測試條件也比較苛刻，目前該方法在合成革行業還主要用于汽車革的耐光老化測試領域。

紫外加速老化試驗
紫外老化設備就是基于短波紫外輻射原理，因為短波紫外線被認為是對曝露于室外的塑料造成嚴重損害的首要因素。合成革行業使用的檢測設備多是采用UVA-340型的燈管，UVA-340燈的光譜能量分布與太陽光波長在290～360nm范圍內能量分布極為接近，可以模擬太陽光紫外光部分對材料所造成的損害效果。同時，QUV設備還配有冷凝系統來模擬自然環境下潮濕侵蝕，這一模擬條件與自然老化極為相似。
目前，該方法廣泛用于各個行業的耐光測試檢測，也是合成革行業普遍采用的一種測試方法。主要用于鞋革制品等的耐光黃變檢測。
UVA耐光老化試驗
UVA燈泡主要光譜能量分布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。該設備不對測試產品進行溫度和濕度控制。目前，只有個別制鞋企業采用這種測試方法。
UVB耐光老化試驗
UVB耐光老化試驗使用的是兩根日本三共電器株式會社的UVB紫外燈管進行耐光老化試驗的，其光譜能量分布在280~360nm之間，峰值集中在306nm處。UVB型燈管也是通常使用的加速人工氣候老化試驗用燈，它比UVA型燈對材料的破壞速度更快，因為其波長比UVA燈管波長短，在同樣輻照度（光強度）下，其對很多材料會造成偏離實際的試驗結果。因此，這種檢查方法的準確性、可靠性還有待考察。