聚氨酯弹性體(tǐ)材料的合成与应用(yòng)

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文(wén)名称是polyurethane，它是一种高分(fēn)子材料。聚氨酯是一种新(xīn)兴的有(yǒu)机高分(fēn)子材料，被誉為(wèi)“第五大塑料”，因其卓越的性能(néng)而被广泛应用(yòng)于國(guó)民(mín)经济众多(duō)领域。产品应用(yòng)领域涉及轻工、化工、電(diàn)子、纺织、医疗、建筑、建材、汽車(chē)、國(guó)防、航天、航空等。 聚氨酯弹性體(tǐ)(PU Elastomers)

检测方法是：要求聚氨脂发泡产品密度≥45kg/m3。用(yòng)排水法法测密度，切割一块芯部的泡體(tǐ)(矮圆柱形，大约100-200cm3)，先称重G，塑料量杯装约300ml水，放電(diàn)子天平上去皮置零，用(yòng)刀(dāo)片插住泡體(tǐ)将它按浸在水中(完全浸下去又(yòu)不能(néng)压到杯底)，读取電(diàn)子天平显数V，G/V就是泡體(tǐ)芯密度值。

浇注型聚氨酯弹性體(tǐ)(简称CPU)——是聚氨酯弹性體(tǐ)中应用(yòng)最广、产量最大的一种; 热塑型聚氨酯弹性體(tǐ)(简称TPU)——热塑型聚氨酯弹性體(tǐ)约占聚氨酯弹性體(tǐ)总量的25%左右; 混炼型聚氨酯弹性體(tǐ)(简称MPU)——占聚氨酯弹性體(tǐ)总量的10%左右。 实心轮胎;印刷、输送胶辊;压型胶辊;油封、垫圈球节、衬套轴承;O型圈;撑垫;鞋底、后根、包头;衬里;齿轮等，不同应用(yòng)领域，选择的弹性體(tǐ)的硬度范围不同。

在矿山(shān)、冶金等行业的应用(yòng)——筛板、摇床等 在机械工业方面的应用(yòng)——胶辊、胶带、密封件等; 在汽車(chē)工业方面的应用(yòng)——轮胎、密封圈等;

在轻工业方面的应用(yòng)——聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纤维; 在建筑工业方面的应用(yòng)——防水材、铺装材、灌封材等。 水性聚氨酯材料的制备与应用(yòng)

水性聚氨酯又(yòu)称水乳化聚氨酯或水溶性聚氨酯等，是以水分(fēn)散介质。其与溶剂型聚氨酯的區(qū)别在于它具有(yǒu)无毒、节能(néng)、成本低、安全、不污染环境等优点，在皮革、建筑涂料、電(diàn)線(xiàn)電(diàn)缆、汽車(chē)、机械、机電(diàn)等行业受到广泛关注，并得到实际应用(yòng)。根据水分(fēn)散體(tǐ)制备方法的不同，水性聚氨酯又(yòu)可(kě)分(fēn)為(wèi)乳液型聚氨酯和水溶性聚氨酯。

合成工艺实例

在装有(yǒu)温度计、机械搅拌器、回流冷凝器、加料漏斗、连通氮气装置的干燥烧瓶中，加人聚醚型或聚酯型多(duō)元醇、二羟甲基丙酸 (DMPA) 、 1 / 2 总质量的 N —甲基— 2 吡咯烷酮 (M — pyr01) 和催化剂 ( 约為(wèi)固體(tǐ)分(fēn)总量 0 . 05 %的二月桂酸二丁基锡 ) 。 M — pyrol 的总量应使最后的反应混合物(wù)中剩余 17 % ( 质量分(fēn)数 ) 。先在室温下搅拌反应混合物(wù)，使其全部溶解 ( 低温加热溶解也可(kě) ) ，然后通过加料漏斗滴加二异 氰酸酯，控制反应混合物(wù)的温度在 80 ～ 90 ℃，反应约 3h 后，降温至 75 ～ 80 ℃，加入剩余的 M — pyrol ，搅拌 5 min ，进一步使反应體(tǐ)系降温至 65 ～ 70 ℃，随即加入能(néng)完全中和 DMPA 化學(xué)当量的三乙胺，再搅拌 10min 后，滴加适量的水，最后保持反应體(tǐ)系温度在 60 ～ 70 ℃约 3h ，得到粘稠产物(wù)。

(1) 水性聚氨酯的粘度不随聚合物(wù)相对分(fēn)子质量的改变有(yǒu)明显差异，即使分(fēn)子内部形成桥联结构也无影响，所以可(kě)增加聚合物(wù)的聚合度，以提高内聚强度;而溶剂型聚合物(wù)的粘度随相对分(fēn)子质量的增加呈指数关系上升，桥联时易产生凝胶。

(2) 在相同固含量下，溶剂型聚氨酯的粘度随固含量的增加明显上升，而水性聚氨酯的粘度一般比溶剂型的要低，且水性聚氨酯分(fēn)散粒径小(xiǎo)时粘度变大。

(3) 溶剂型聚合物(wù)的粘度可(kě)借助控制固含量或溶剂量来调整，而水性聚氨酯的粘度需用(yòng)增稠剂来调整，这样使體(tǐ)系中水溶性成分(fēn)过多(duō)，耐水性降低。

(4) 水性聚氨酯的流动特征呈现非牛顿性，而溶剂型一般近似牛顿性，其粘度变化规律符合牛顿曲線(xiàn)。

(5) 水性聚氨酯易与其它树脂或颜料等物(wù)质混合来改进性能(néng)，降低成本，配方容易调整，设备易清洗。而溶剂型聚氨酯受聚合物(wù)之间的相容性或溶剂的溶解性制约，配方影响因素较多(duō)，设备难清洗。

(6) 水的蒸发潜热高，干燥比较迟缓;另一方面，水的表面张力大，对基材特别是对低表面能(néng)或疏水性的基材润湿性差，难于赋予充分(fēn)的粘接性，加热干燥固化时，乳液粒子间容易凝聚而不易得到连续性的涂膜。另外，水性聚氨酯聚合物(wù)是离子键结合，具有(yǒu)强的亲水性，有(yǒu)时為(wèi)改进涂膜的塑性要加进水溶性增粘剂，使涂膜的耐水性受到一定影响。

(7) 水性聚氨酯體(tǐ)系的防冻性有(yǒu)一定限度，在北方冬季施工受到一定影响。

(8) 由于水性聚氨酯體(tǐ)系不使用(yòng)或少使用(yòng)有(yǒu)机溶剂，无中毒、着火之虞，符合环保要求，且涂膜综合性能(néng)好，因而在建筑涂料、皮革、家具等行业具有(yǒu)明显的优势，应用(yòng)前景广泛。 水性聚氨酯的用(yòng)途 最初水性聚氨酯主要作為(wèi)皮革和纤维处理(lǐ)剂来开发的，随着其性能(néng)不断提高，应用(yòng)领域也不断扩展。人们利用(yòng)聚氨酯特有(yǒu)的柔软、强韧、耐溶剂性和强附着性，拓展了很(hěn)多(duō)新(xīn)的应用(yòng)领域。

4.1 用(yòng)作涂饰剂 与丙烯酸酯乳液或硅丙乳液复配成互穿网络结构的聚合物(wù)，可(kě)作為(wèi)皮革、鞋料等皮革制品以及传送带、帐篷等工业用(yòng)纤维、纺织纤维的涂饰剂;可(kě)用(yòng)作汽車(chē)、室内装饰、箱包和罩布等的涂饰剂;可(kě)用(yòng)作耐磨、耐冲击、防应力断裂用(yòng)體(tǐ)育场馆、車(chē)库、混凝土地面、钢架结构、大型设备、机電(diàn)设备、公路桥梁、高速公路护栏等的涂装，也可(kě)用(yòng)于尼龙、 ABS 、聚酯等高分(fēn)子材料制品的涂装。

4.2 用(yòng)作粘合剂 可(kě)作為(wèi)耐水、耐化學(xué)品包装纸以及食品、化妆品包装薄膜的粘接剂;作為(wèi)帐篷、靴鞋、箱包、雨具、家具、纤维板等的粘合剂;也可(kě)广泛用(yòng)于塑料、木(mù)材、金属、高分(fēn)子材料、電(diàn)路板的粘接

4.3 作建筑涂料 广泛用(yòng)作高性能(néng)内外墙涂料、地板涂料的成膜物(wù)，

制成的涂料具有(yǒu)优良的弹性、耐老化性和耐污性。

聚氨酯密封胶(PU Sealants) 密封胶是用(yòng)来填充空隙(孔洞、接头、接缝等)的材料，兼备粘接和密封两大功能(néng)。聚氨酯密封胶与硅酮密封胶、聚硫密封胶构成了目前高档密封胶的三大品种。 聚氨酯密封胶广泛用(yòng)于土木(mù)建筑、交通运输等行业： 在建筑方面的应用(yòng)——门窗、玻璃等的填充密封; 在土木(mù)方面的应用(yòng)——高速公路、桥梁、飞机跑道等的嵌缝密封; 在汽車(chē)方面的应用(yòng)——車(chē)窗(主要是风挡玻璃)的装配密封。 聚氨酯密封胶具有(yǒu)诸多(duō)优良特性，包括：(1)性能(néng)可(kě)调范围宽、适应性强(2)耐磨性能(néng)好;(3)机械强度大;(4)粘接性能(néng)好;

(5)弹性好，具有(yǒu)优良的复原性，可(kě)用(yòng)于动态接缝;

(6)低温柔性好;(7)耐候性好，使用(yòng)寿命長(cháng)达15~20年;(8)耐油性好;(9)耐生物(wù)老化;(10)价格适中。 聚氨酯胶粘剂(PU Adhesives) 聚氨酯胶粘剂中含有(yǒu)很(hěn)强极性和化學(xué)活泼性的-NCO-(异氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基团)，与含有(yǒu)活泼氢的基材，如泡沫、塑料、木(mù)材、皮革、织物(wù)、纸张、陶瓷等多(duō)孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有(yǒu)优良的化學(xué)粘接力; 具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用(yòng)于各种结构性粘合领域，并具备优异的柔韧特性; 聚氨酯胶粘粘剂具备优异的橡胶特性，能(néng)适应不同热膨胀系数基材的粘合，它在基材之间形成具有(yǒu)软-硬过渡层，不仅粘接力强，同时还具有(yǒu)优异的缓冲、减震功能(néng); 聚氨酯胶粘剂的低温和超低温性能(néng)超过所有(yǒu)其他(tā)类型的胶粘剂; 水性聚氨酯胶粘剂——水性聚氨酯胶粘剂具有(yǒu)低VOC含量、低或无环境污染、不燃等特点，是聚氨酯胶粘剂的重点发展方向。

聚氨酯涂料(PU Coatings) 聚氨酯涂料的应用(yòng)领域主要有(yǒu)：飞机、船舶、車(chē)辆涂装;木(mù)材、塑料、橡胶、皮革的表面涂装;建筑物(wù)涂装;防腐涂装，等等。 水性聚氨酯涂料——以水為(wèi)主要介质，具有(yǒu)低VOC含量、低或无环境污染、施工方便等特点，是溶剂型涂料的主要替代品之一。已在许多(duō)领域得到广泛的应用(yòng)，如：(1)木(mù)器漆及木(mù)地板漆;(2)纸张涂层;(3)建筑涂料;(4)皮革涂层;(5)织物(wù)涂层，等等。 聚氨酯鞋底料(Shoe Sole) 聚氨酯鞋底具有(yǒu)诸多(duō)优点：密度低，质地柔软，穿着舒适轻便;尺寸稳定性好