聚氨酯的合成制備以性能應(yīng)用周佳051002236摘要：聚氨酯(PU)樹脂是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。聚氨酯是一種高分子材料，其主要特征是分子鏈中含有多個(gè)重復(fù)的“氨基甲酸酯”基團(tuán)，既有橡膠的彈性，又有塑料的強(qiáng)度和優(yōu)異的加工性能，因其具有橡膠和塑料的雙重優(yōu)點(diǎn)，可以認(rèn)為是橡膠和塑料優(yōu)異性能的結(jié)合體。關(guān)鍵字：聚氨酯結(jié)構(gòu)性能合成引言：聚氨酯是一種用途廣泛性能優(yōu)異的材料。不僅品種多，而且產(chǎn)量也很大，可應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域。本文主要介紹聚氨酯的結(jié)構(gòu)性能及結(jié)構(gòu)對性能的影響、聚氨酯的用途和合成原料，并著重對聚氨酯泡沫塑料的合成工藝進(jìn)行介紹。1.概述聚氨酯(PU)樹脂是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。聚氨酯是一種高分子材料，其主要特征是分子鏈中含有多個(gè)重復(fù)的“氨基甲酸酯”基團(tuán)，既有橡膠的彈性，又有塑料的強(qiáng)度和優(yōu)異的加工性能，因其具有橡膠和塑料的雙重優(yōu)點(diǎn)，可以認(rèn)為是橡膠和塑料優(yōu)異性能的結(jié)合體。PU制品分為泡沫制品和非泡沫制品兩大類。泡沫制品有軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)泡沫;非泡沫制品包括涂料、膠粘劑、合成革、彈性體和彈性纖維(氨綸)等。聚氨酯材料性能優(yōu)異,用途廣泛,制品種類多,其中尤以聚氨酯泡沫塑料的用途最為廣泛。聚氨酯的合成方法聚氨酯的合成反應(yīng)，是典型的逐步加成聚合反應(yīng)，聚氨酯分子中具有重復(fù)的強(qiáng)極性氨基甲酸酯基團(tuán)，使它與聚酰胺有某些類似之處，在大分子間存在著氫鍵，所以聚合物具有很高的強(qiáng)度、耐磨、耐溶劑等特性；而且可通過改變多羥化合物的結(jié)構(gòu)、分子量等，在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚氨酯的性能，使之塑料、橡膠、涂料、粘合劑、合成纖維等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。在逐步加成聚合物中，聚氨酯不僅品種最多，且產(chǎn)量亦最大，用途亦最廣。3聚氨酯的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)對性能的影響：聚氨酯是含氮雜鏈聚合物，是聚氨甲酸酯的簡稱。工業(yè)上生產(chǎn)聚氨酯的主要方法是采用二異氰酸酯和二元醇縮聚而成，其結(jié)構(gòu)為：nOCN-R-NCO+nHO-R’-OH==[CONHR-NHCOR’O]n（硬段結(jié)構(gòu)）（軟段結(jié)構(gòu)）（聚氨酯）任何高分子材料的性能均由其結(jié)構(gòu)決定,聚氨酯結(jié)構(gòu)包含化學(xué)結(jié)構(gòu)和聚集結(jié)構(gòu)兩方面。化學(xué)結(jié)構(gòu)即分子鏈結(jié)構(gòu),是合成之初配方設(shè)計(jì)中需要著重考慮的因素;聚集結(jié)構(gòu)是指大分子鏈段的堆積狀態(tài),受分子鏈結(jié)構(gòu)、合成工藝、使用條件等的影響。具體有以下幾方面的影響：1、軟段對性能的影響

聚氨酯彈性體的軟鏈段主要影響材料的彈性,并對其低溫性能和拉伸性能有顯著的貢獻(xiàn)。一般情況下聚酯型聚氨酯彈性體比聚醚型聚氨酯彈性體具有更好的物理機(jī)械性能,而聚醚型聚氨酯具有更好的耐水解性和低溫柔順性能。聚醚軟段具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,因而低溫使用范圍更廣。而聚醚或聚酯軟鏈段的規(guī)整度都能提高其結(jié)晶度,因而可改善材料的抗撕裂性能和抗拉強(qiáng)度,同時(shí)也能增加聚合物的滯后特性。2、硬段對性能的影響

硬段結(jié)構(gòu)基本上是低分子量的聚氨酯基團(tuán)或聚脲基團(tuán),這些基團(tuán)的性質(zhì)在很大程度上決定了彈性體的主鏈間相互作用以及由微相分離和氫鍵作用帶來的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)。異氰酸酯原料的結(jié)構(gòu)對聚氨酯彈性體的性能起著關(guān)鍵作用,主要是它們龐大的體積可以引起較大的鏈間位阻,使材料具有較高的撕裂強(qiáng)度和模量。3、交聯(lián)的影響

聚氨酯彈性體基本上屬于具有線性分子特征的熱塑性樹脂,但也可由多官能團(tuán)擴(kuò)鏈劑或脲基等方式引入一定程度的交聯(lián)。適當(dāng)交聯(lián)可以改善材料的物理機(jī)械性能,提高聚氨酯的耐水性和耐候性。但也有研究表明,高交聯(lián)度導(dǎo)致處于橡膠態(tài)的聚氨酯彈性體模量下降,原因是硬鏈段微區(qū)里的交聯(lián)會阻礙鏈段的最佳堆砌和降低玻璃態(tài)或次晶微區(qū)的含量。4、微相分離結(jié)構(gòu)的影響

聚氨酯的特殊性能來源于其明顯的微相分離結(jié)構(gòu),不同大分子鏈的硬段聚集成晶區(qū),起到了物理交聯(lián)的作用,提高了體系的強(qiáng)韌性、耐溫性和耐磨性能。硬段微區(qū)與軟段基質(zhì)存在氫鍵等形式的結(jié)合,因此起到活性填料的作用,是材料強(qiáng)韌泡沫的穩(wěn)定：在泡沫增長階段，氣泡壁層變薄，這就可能造成泡沫不穩(wěn)定。在氣泡內(nèi)氣體不斷增多與內(nèi)壓逐漸增高時(shí)，如果泡壁強(qiáng)度不高，氣體將沖破壁膜，導(dǎo)致整個(gè)泡沫坍塌。要留住氣體，壁膜應(yīng)保持足夠強(qiáng)度，其實(shí)就是要求聚合物具有足夠分子量和(或)交聯(lián)度。這對制備中發(fā)泡與高發(fā)泡塑料尤為重要。因此，隨同泡沫的增長，還發(fā)生大分子交聯(lián)反應(yīng)，即聚合物凝膠化反應(yīng)。所以在制備聚氨酯泡沫塑料時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵問題就是通過調(diào)節(jié)胺與錫類催化劑的用量，嚴(yán)格控制泡沫增長與聚合物凝膠化兩反應(yīng)速度的動態(tài)平衡，以保證泡沫穩(wěn)定增長。凝膠化反應(yīng)過快或過慢，都可能導(dǎo)致泡沫制品質(zhì)童下降或使其變?yōu)閺U品。使用適量表面活性劑(如硅油)，降低氣泡表面張力，有利于形成微細(xì)氣泡，減弱氣體擴(kuò)散作用，亦能促進(jìn)泡沫的平穩(wěn)增長。結(jié)束語：聚氨酯(PU)彈性體通常為(AB)n型結(jié)構(gòu),由軟段和硬段以嵌段、接枝或互穿網(wǎng)絡(luò)的方式組成。其最基本的單元為聚氨基甲酸酯。由于其綜合性能出眾,在很多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。聚氨酯的綜合性能主要表現(xiàn)在其兼有從橡膠到塑料的許多寶貴特點(diǎn)。如硬度范圍寬、強(qiáng)度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能優(yōu)良,且具有良好的吸振,抗輻射和耐透氣性能,具有高拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率,良好的耐磨損性、抗撓曲性、耐溶劑性,而且容易成型加工,并具有性能可控的優(yōu)點(diǎn)。所以在很多的領(lǐng)域都有著不可替代的應(yīng)用。聚氨酯合成及應(yīng)用發(fā)展的方向主要是:天然皮革的外觀優(yōu)美性及品位的再現(xiàn)化;高耐久性、防污性、抗菌性等功能性的強(qiáng)化;追求天然皮革所沒有的感性及功能;提高通氣性、透濕性、輕量化、彈性等的穿著用舒適性能;生態(tài)學(xué)的應(yīng)用(非溶劑系加工、脫除有害物質(zhì)、再生化、生物降解性)。加強(qiáng)相關(guān)纖維與化學(xué)品的研制刻不容緩,尤其是在基礎(chǔ)研究方面的高性能纖和水性PU方面。環(huán)保、高效是PU合成革功能性助劑發(fā)展的方向,清潔生產(chǎn)和技術(shù)創(chuàng)新是PU合成革行業(yè)健康發(fā)展的保證。參考文獻(xiàn)[1].王洛禮.高分子科學(xué)技術(shù)發(fā)展簡史[M].北京：高等教育出版社，1994.54—62.[2]呂維忠,涂偉萍,楊卓如,等.MDI/PPG聚氨酯分散體的合成研究[J].合成材料與老化,2001,(1):6—9[3]馮海波,卿寧核殼交聯(lián)結(jié)構(gòu)水性聚氨酯的合成研究[J].皮革化工,2005,22(1):21—25[4]張武英,修玉英.水性聚氨酯及改性研究[J].廣東化工，2005,3:5—7[5]王平華,伍勝利,劉春華.水性聚氨酯的改性研究[J].聚氨酯工業(yè),2004,19(5):26—29[6]朱呂民.聚氨酯合成材料[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2002,160—164.[7]趙瑞時(shí).熱塑性聚氨酯的最新動向[J].世界橡膠工業(yè)，2004,31(9):15—16.[8]謝富春等.防水透氣聚氨酯薄膜及涂層的研究和應(yīng)用[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2004,2(6):51—53.[9]李紹雄,劉益