聚氨酯与聚氨酯弹性体化学与工艺.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑聚氨酯与聚氨酯弹性体化学与工艺 聚氨酯化学与工艺 聚氨酯弹性体 ? 5.1 性能特点及其分类 ? 5.2 弹性体原料及原料对性能的影响 ? 5.3 浇注型聚氨酯弹性体（CPU） ? 5.4 热塑型聚氨酯弹性体（TPU） ? 5.5 混炼型聚氨酯弹性体（MPU） ? 5.6 聚氨酯弹性体的应用 5.1 性能特点及其分类 5.1.1 性能特点 聚氨酯弹性体(PU elastomer)又称聚氨酯橡胶，是一类 在分子链中含有较多氨基甲酸酯基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交联剂及少量助剂为原料制得 从分子布局上看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，硬段和软段交替排列，形成重复布局单元除含有氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分开这些布局特点使得聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称 聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，模量介于一般橡胶和塑料 之间。

它具有以下的特性： 1、较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内（邵氏A10～邵氏D75）保持较高的弹性；一般无需增塑剂可达成所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题； 2、在一致硬度下，比其它弹性体承载才能高； 3、优异的耐磨性，其耐磨性是自然橡胶的2～10倍； 4、耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；耐氧性和耐臭氧性能优良； 5、抗冲击性高、耐疲乏性及抗震撼性好，适于高频挠屈应用； 6、低温柔顺性好； 7、普遍聚氨酯不能在100 ℃以上使用，但采用特殊的配方可耐140 ℃高温； 8、模塑和加工本金相对较低 金属材料相比，聚氨酯弹性体制品具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点； 与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、弹性记忆、耐磨等优点 与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性、通明或半通明、耐臭氧、可灌封、可浇注、硬度范围广等优点 聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断涌现，其应用前景将特别广阔 5.1.2 根本分类 1、按低聚物多元醇原料分，聚氨酯弹性体可分为聚酯型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中根据概括品种又可分聚四氢呋喃型、聚氧化丙烯型等； 2、根据二异氰酸酯的不同，可分为脂肪族和芳香族弹性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类型。

常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI型为主 3、扩链剂主要有二元醇和二元胺两类二元胺扩链得到的聚氨酯弹性体严格地讲是聚氨酯—脲弹性体 4、从制造工艺分，传统上把聚氨酯弹性体分为浇注型(CPU)、热塑性(TPU)、混炼型(MPU)三大类，都可采用预聚法和一步法合成 一些新工艺的制品已超越某些传统类型，如回响注射成型(RIM)工艺生产实心及微孔聚氨酯弹性体已成为一个重要的类别另外，还有溶液涂覆及溶液浇注成型，也是聚氨酯弹性体的一个重要类型主要用于生产合成革喷涂成型也是近十年来国内外进展较快的一种新技术 5.2 弹性体原料及其对性能的影响 5.2.1 原料 5.2.1.1 低聚物多元醇 聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇原料有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种 (1)聚酯多元醇 聚酯分子中含有较多的极性酯基(－COO－)，可形成效强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有较高的强度、耐磨及耐油性能用于制备聚氨酯弹性体的聚酯以相对分子质量为1000～3000的已二酸系脂肪族聚酯二醇为主。

(2)聚醚多元醇 弹性体常用的聚醚多元醇种类有聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇(PPG)、四氢呋喃／氧化丙烯／氧化乙烯的二元或三元共聚醚二醇(如聚四氢呋喃－氧化丙烯二醇)等 聚醚多元醇制得的弹性体具有较好的水解稳定性、耐候性，低温柔顺性和耐霉菌性等性能 (3)聚烯烃多元醇 以端羟基丁二烯(HTPB)、端羟基聚丁二烯-丙烯腈(HTBH)、端羟 基异戊二烯(HTPI)为根基的聚氨酯具有优异的耐水解性、电绝缘性、低 温柔性、气密及水密性能，可用于聚氨酯弹性体密封件、胶辊、电子元件灌封胶等领域以HTPI、HTPB等与二异氰酸酯制成的端官能团预聚体具有类似于自然橡胶主链布局，是名副其实的液体橡胶、经过适当的扩链或交联回响制得弹性体材料 (4)其它低聚物多元醇 低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的弹性体具有良好的耐水和耐紫外光性能 精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇，制得的弹性体耐水解、本金低，但强度不高还有苯乙烯及丙烯腈接枝聚醚多元醇、接枝聚酯多元醇、聚脲改性聚醚多元醇等。

5.2.1.2 二异氰酸酯及多异氰酸酯 用于聚氨酯弹性体的多异氰酸酯以二异氰酸酯为主，有 甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）及1，5-萘二异氰酸酯（NDI）、四甲基二异氰酸酯（TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、对苯基二异氰酸酯（PPDI）、二亚甲基苯基二异氰酸酯（XDI）等以TDI和MDI最常用 (1)甲苯二异氰酸酯 TDI-100和TDI-80在聚氨酯弹性体生产中用量较大 (2)二苯甲烷二异氰酸酯 MDI的蒸气压低，毒性小，对称性又好，制得的弹性体 强度一般比TDI基弹性体高常用的4，4’-MDI常温下为固体浇注工艺中一般采用改性MDI，尤以液化MDI使用最为广泛 (3)特种二异氰酸酯 一些小品种二异氰酸酯也在特殊场合下用于合成聚氨酯弹性 体布局对称的PPDI及环已烷-l,4-二异氰酸酯(CHDI)合成的弹性体具有较高的机械强度和耐热性NDI基聚氨酯弹性体具有较高的耐疲乏性能，更加是机械性能、动态性能、永久变形性能及耐油性能极优，用于 特殊汽车部件等场合。

IPDI、HDI制得的弹性体具有不黄变的特点，可用于某些耐黄变弹性体 5.2.1.3 扩链剂及交联剂 用于聚氨酯弹性体的扩链剂对比多，通常分为二元胺类和醇类 (1)二胺类扩链剂 浇注型聚氨酯弹性体工艺中普遍使用二胺扩链 剂芳香族二胺的回响活性低，使得浇注工艺具有良好的可操作性浇注型聚氨酯中常用的、用量最大的是3，3’二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺(亚甲基双邻氯苯胺，MOCA，国外又称MBCA和MBOCA） E-300及E-100 (2)醇类扩链剂和交联剂 二元醇扩链剂品种有乙二醇、丙二醇、1，4丁二醇、1，4 －二(2-羟乙基)对苯二酚[又称对苯二酚二羟乙基醚、双(β-羟乙基)醚氢醌，简称HQEE］、2-甲基-1,3、丙二醇(MPD)、N，N-(2-羟丙基）苯胺(BHPA)等聚氧乙烯苯胺醚二醇可用于MDI系浇注弹性体的扩链剂 5.2.1.4 其它原料 (1)填料 为了降低聚氨酯弹性体本金、减小固化收缩率、热膨胀系数及耐热性能，可参与填料。

填料的种类好多，通常可分为无机填料和有机填料两大类 (2)水解稳定剂 聚酯型聚氨酯弹性体的酯基长期与水接触或在湿热环境下轻易发生水解，在这些环境下使用的弹性体务必参与水解稳定剂 — 8 —。