聚氨酯结构对透水汽性的影响分析

（1）软段结构对聚氨酯透水汽性的影响

1969年，Schneider等人曾报道过聚氨酯软段的化学性质对透水汽性具有较大影响。其软段分别是聚醚：聚乙二醇（PEG2000）、聚四氢呋喃二醇（PTMG2000）、聚二甲基苯醚二醇（PPO2000）；聚酯：聚己二酸丁酯二醇（PBA2000）。使用PTMG2000、PPO2000、PBA2000合成的聚氨酯，吸水率很小，透水汽性差。相比较，由于PEG2000具有较强的亲水性，所合成的聚氨酯吸水率较大，透水汽性较好。Hsieh等人也得到了相同的结论，证明了使用PTMG2000、PBA2000和聚己内酯二醇（PCL2000）作为软段，所合成的聚氨酯吸水率和透水汽性都较差。其透水汽性按以下顺序增加：PBA＜PCL＜PTMG。Kanapitsas等人在发表的文章中也得到了类似的结果。Barrie和Nunn使用聚四氢呋喃二醇（PTMG）/1，4-甲苯二异氰酸酯（1，4-TDI）合成了不含扩链剂的聚醚型商业用聚氨酯；另外使用聚己二酸乙酯（PEA）/聚己二酸丁酯（PBA）/MDI合成了混合软段的聚酯型商业用聚氨酯。透水汽性测试结果表明，上述两种聚氨酯在温度范围36～60℃内，透水汽指数都非常低，在36℃时，聚醚型聚氨酯的透水汽性要略高于聚酯型聚氨酯。这种差异主要是由于聚合物不同的刚性结构所引起的。聚醚型聚氨酯的玻璃化转变温度比聚酯型聚氨酯低20℃左右。前人的研究结果表明：不同的软段对聚氨酯透水汽性的影响有所不同，除了PEG使聚氨酯嵌段化合物亲水性明显增强外，PPO、PTMG、PEA、PCL、PBA都具有较强的疏水性，赋予了聚氨酯薄膜较低的吸水性和透水汽性。

（2）软段含量对聚氨酯透水汽性的影响

目前，关于软段含量对于PU吸水率和透水汽性影响的研究主要以聚醚聚氨酯为主。通过系统分析文献中的实验数据发现，随着PU软段含量的变化，聚氨酯薄膜的吸水率和透水汽性呈指数关系变化。例如当亲水性软段PEG含量增加时，PU薄膜吸水率和透水汽性呈指数关系增加；相反，当疏水性软段（如PTMG、PPO）含量增加时，吸水率和透水汽性呈指数关系降低。采用PEG作为软段，提高了聚氨酯的透湿性，其原因可能来自两个方面：其一，PEG为亲水性链段，捕获水蒸气分子的能力较强；其次，—O—位垒能较低，单键易于旋转，聚合物在旋转的过程中会产生瞬间自由体积空洞，为水汽的透过提供了途径。

（3）硬段结构对聚氨酯透水汽性的影响(www.xing528.com)

目前，有关聚氨酯硬段的化学性质对吸水率及透水汽性影响的系统化研究并不多见。Green等人通过研究由不同的混合软段（PEO/PTMG或者PEO/PPO、H₁₂MDI）和不同的扩链剂 [1，4-BDO或者乙二胺（EDA）]合成的聚氨酯的透水汽性，发现用1，4-BDO合成的聚氨酯透水汽性低于用EDA合成的聚氨酯的透水汽性。Kanapitsas等用不同原料（MDI或H₁₂MDI、1，4-BDO、PPO2000或者PBA2000）合成的系列PU并对吸水率进行了分析，结果表明：用上述原料合成的PU，吸水率都很低。用不同原料合成的PU之间的微小差别不能归结于硬段化学结构的变化。同时，硬段的组成变化也没有引起扩散系数的显著变化。

Hsieh等人在实验中使用2，2-二羟甲基丙酸（DMPA）或N-甲基二乙醇胺（MDEA）作扩链剂，在PU中引入羧基或胺基。实验结果表明：引入羧基或胺基后，软段（即PTMG2000、PCL2000或PBA2000）和硬段（MDI/1，4-BDO/DMPA或MDI/1，4-BDO/MDEA）之间的分子间作用力增强，聚合物的结晶性和玻璃化转变温度提高，聚合物中的网状结构使PU薄膜透水汽性减小，并且，胺基的影响大于羧基，这可能是因为羧基与水分子之间的作用较强，使PU透水汽性降低的程度小于胺基。

范浩军等人使用MDI、PEG、1，4-BDO/EG/DMPA来合成聚氨酯，探索不同扩链剂（1，4-BDO、EG、DMPA）对聚氨酯透水汽性的影响。实验结果与Hsieh等人的研究结果有相同之处，用1，4-BDO、DMPA作扩链剂合成的聚氨酯的透水汽性低于用EG合成的聚氨酯。这可能是因为EG中含有亲水性更强的醚键，更容易捕获水分子，使聚氨酯薄膜的透水汽性更强。