聚氨酯调研.docx

聚氨酯调研（一）.聚氨酯（简称 PU）聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化 合物的统称它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚 而成聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲、脲基 甲酸酯等基团根据所用原料的不同，可有不同性质的产品，一般为聚酯型和聚 醚型两种类型二） .热塑性聚氨酯弹性体（简称TPU）热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是由多异氰酸酯和带有羟基的聚酯或聚醚二元 醇和低分子二元醇扩链剂，通过遂步加成聚合反应制成的线状或稍有之化或交联 的高分子材料TPU分子中既含有柔性软链段又含有刚性硬链段，软链段决定了 TPU的一些最终性能，如弹性、低温屈挠性硬链段则显示的是硬度、弹性模量、 脱膜性和热稳定性硬链段通过分子间氢键获得强的物理交联结构，形成微相分 离结构，即使无化学交联结构也表现出了橡胶弹性其弹性模量介于塑料和橡胶 之间，在较宽的硬度范围内仍能保持较好的弹性，TPU还兼有塑料加工工艺性能， 这使得TP U具有强度高、韧性好、耐磨、耐油等优异性能随着BASF、亨兹曼、 拜耳在上海陆续建设世界级规模的聚氨酯装置，将极大促进我国TP U产量、品种 的快速发展。

三） .热塑性聚氨酯弹性体的硬度热塑性聚氨酯弹性体的硬度是力学性能之一，硬度是材料抵抗变形、刻痕和 划伤能力的一种指标o TPU硬度通常用邵尔A型和邵尔D型硬度计测量，邵尔A用于 较软的TPU，邵尔D用于较硬的TPU由于嵌段共聚物TPU性质决定了它的范围很宽， 在邵尔A60到邵尔D80之间，跨越了橡胶和塑料的硬度邵尔A和邵尔D的相关性，邵尔A硬度和邵尔D硬度之间的关系如表所示，这是 在23°C、50%相关湿度下测定的，只是一张大致的参考表表1邵尔A与邵尔D之间的关系邵尔A3338424549525557606264666870邵尔D1011121314151617181920212223邵尔A7273757677798081828384858687邵尔D2425262728293031323334353637邵尔A888890919192929394邵尔D384041424344454647聚氨酯材料的性能在很大程度上取决于软、硬段的相结构和微相分离程度 软段相区主要影响材料的弹性及低温性能，硬段对材料的力学性能特别是拉伸强 度、硬度和抗撕裂强度具有重要影响聚氨酯的硬段由多异氰酸酯和扩链剂反应 组成的，含有芳基、氨基甲酸酯基、取代脲基等强极性基团。

四）.影响热塑性聚氨酯硬度的因素聚氨酯弹性体中软缎、硬段的结构及其长度、软硬段之间的作用力等，都直 接影响弹性体的力学性能另外，能否发生微相分离、为相分离的程度、硬段在 软段中分布的均匀性也是影响聚氨酯弹性体力学性能的重要原因1. 多元醇相对分子质量对TPU力学性能的影响一般地聚酯型聚氨酯弹性体的力学性能指标随多元醇相对分子质量的增加 而提高，而聚醚型聚氨酯弹性体的各项性能指标则随着多元醇相对分子质量的增 加而降低如表2所示由表2可以看出，聚醚型热塑性聚氨酯弹性体的各项力学 性能随着多元醇相对分子质量的增加而降低，这是因为随着聚醚型多元醇相对分 子质量的增加，醚键的数量增多，提高了热塑性聚氨酯弹性体链段的柔顺性因 此，弹性体的拉伸强度等力学性能有所降低；而聚酯型热塑性聚氨酯弹性体则相 反，这是因为随着聚酯多元醇相对分子质量的增加，亚甲基数和酯基数增多，分 子之间的作用里和“氢键”交联增加，链段的结晶性增加，制品的硬度、拉伸强 度、撕裂强度、定伸强度等有所提高表2多元醇相对分子质量对TPU力学性能的影响多元醇邵A强度拉伸强度MPa撕裂强度kN/m300%定伸强度MPaPFS-175-8034801PFS-270-7529669PFS-375-8020755PFS-480-852597.5PFS-585-8829112.5注：测试条件为室温17°C、湿度55%、拉力机加荷速度200mm/min,以下同此。

2. 扩链剂对TPU力学性能的影响扩链剂是制备热塑性聚氨酯弹性体常用的功能性助剂,特点是相对分子质量 小、链节短、反应性活泼随着扩链剂1,4-丁二醇用量的增加，提高了 TP U的硬 度、拉伸强度、撕裂强度和定伸强度等力学性能,而伸长率降低如表列出了不 同用量的扩链剂对热塑性聚氨酯弹性体力学性能的影响异氰酸酯指数（R）为 1.03.表3扩链剂对TPU力学性能的影响扩链剂质量分数％0.250.350.610.82邵A强度70-7575-7880-85>95拉伸强度/MPa29-3133-3537-4044-46撕裂强度/kN.m-16072135155300%定伸强度MPa10132028伸长率/%510470440400如表3所示，随扩链剂用量的增加，热塑性聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度、 撕裂强度和定伸强度等力学性能有所提高，而伸长率有所降低这是因为聚氨酯 制品的各项力学性能与结晶程度有关，而随着扩链剂用量的增加，聚氨酯链段中 硬段含量增加，极性基团增加，结晶性增加表4二胺和二硫扩链PU弹性体的力学性能二胺扩链剂MOCAE-300MOCAE-300NCO/%3.03.05.55.5硬度（邵A）73809693300% 模量 /MPa6.09.425.421.6拉伸强度/MPa37.433.353.148.9扯断伸长率/%500550410420撕裂强度/（kN/m）43.162.993.087.3如表4所示，比较MOCA-PU与E-300-PU性能。

预聚体NCO分数恒定，MCOA-PU拉伸强度高，E-300-PU扯断率大硬度较高是前者撕裂强度大，硬度较低时后者 撕裂强度高3. 二异氰酸酯对PU弹性体力学性能的影响表5给出了4中二异氰酸酯制成的PU弹性体力学性能预聚体NCO基含量为 5.8%-6.3%时，用BD0进行扩链PU弹性体的硬度CHDI-PU97邵A最高，MDI-PU84 召EA最低；模量、拉伸强度和撕裂强度3PDI-PU最高；扯断伸长率NDI-PU最大而 当PU硬度接近时，PPDI-PU和MDI-PU的力学性能相近且最好产生这种现象的原 因可能是：PPDI和MDI的NCO对称性强且规整性好，硬段易于聚集而改善了两项分 离，使硬段-硬段间的氢键度提高，增加了能聚能密度，从而提高了物理交联或 填充粒子的作用，因此模量和拉伸强度提高表5二异氰酸酯类型对PU弹性体力学性能的影响二异氰酸酯类型MDIMDIPPDICHDINDINCO/%6.39.46.36.35.8硬度(邵A)8490949795100% 模量 /MPa7.29.4513.1212.168.96拉伸强度/MPa29.532.6333.1922.2622.87拉断伸长率/%550525512565800撕裂强度/(kN/m)—88.4398.7683.3555.164. 硬段对PU弹性体力学性能的影响硬段质量分数对PU弹性体的影响是随着硬段含量增加，硬度提高，扯断伸长 率降低，拉伸强度先上升后下降。

例如，MDI/BD0/PTMG-1000弹性体，英短质量 分数从34.1%增加到42.1%，邵尔A硬度由75上升到92，扯断伸长率从640%下降到 480%MDI/EDA/PTMG-2000弹性体，硬段含量36%时，拉伸强度最高，高于或低于 36%硬段含量，强度都低其原因是增加了硬段含量的质量分数，形成较多的硬 段有序结构和次晶结构,使连续相软端中混入的硬段区增加，从而提高了PU强度 当硬段含量较高时，硬段相中的微区不完善存在缺陷或裂缝而易受应力破坏，所 以拉伸强度不增加反而下降表6硬段质量分数对TPU力学性能的影响硬段质量分数/%34.137.139.742.1硬度（邵A）75808592扯断伸长率/%640580550480拉伸强度/MPa32.034.050.038.8注：弹性体 MDI/BDO/PTMG-1OOO5. 预聚体NCO基质量分数对PU弹性体力学性能的影响制备浇注型PU弹性体时，异氰酸酯中的NCO基与聚醚中的OH基摩尔比的大小 控制预聚体NCO基质量分数预聚体NCO基质量分数直接影响着PU弹性体的力学性 能如下表1和表2给出相对分子质量为1000和2000的T-1OO/MOCA/PTMG弹性体力 学性能。

不能哪一种PU弹性体的硬度、拉伸强度和撕裂强度都是随着NC O基质量 分数增加而提高，而扯断伸长率却下降这种现象可以从分子结构解释，当预聚 体含量增加，实际上增加了二异氰酸酯的用量，必然使扩链剂用量也增加，从而 导致苯环、氨基甲酸酯基和脲基刚性链段增多，内聚能增大，所以硬度提高，强 度也提高从形态结构解释，NCO分数高，硬段含量也高，硬段之间缔合在一起 形成的微区体积分数增加，有利于形成软段相与硬段相间分离，从而提高了物理 交联，因而强度提高，扯断伸长率下降表7预聚体NCO基质量分数对PU弹性体力学性能的影响NCO分数/%4.04.34.75.05.56.2硬度（邵A）848892929394拉伸强度/MPa35.544.752.954.455.260.1拉断伸长率/%375380410425450400冲击弹性/%262224263028注：软缎PTMG（Mn=1000）,硬段TDI/MOCA表8预聚体NCO含量对PU弹性体力学性能的影响NCO分数/%4.04.55.05.56.0硬度（邵A）7886904298拉伸强度/MPa33.535.639.842.243.4拉断伸长率/%490480470450420永久变形/%11.010.010.011.512.6注：软缎PTMG (M=1000)，硬段TDI-80/M0CAN(五) 各厂商产品比较1. 美国路博润TPUTPU美国路博润Lubrizol性能特点：(1) TPU聚氨酯涂膜防水材料具有良 好的延伸性和柔韧性，低温不脆裂，高温不流淌，耐撕裂性能好，对于因地基下 沉、墙体裂缝等建筑物变形具有良好的适应性。

2) TPU聚氨酯防水材料耐磨性 能优异，并具有良好的耐候性、耐受性、耐油、耐酸碱性能；它与水泥等基材有 优异的粘接能力；使用寿命比传统沥青防水材料要长，服务寿命大于10年，而且 维护检修费用低3) TPU聚氨酯防水材料重量轻，。