聚氨酯弹性体材料的合成与应用

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文名称是polyurethane，它是一种高分子材料。聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等。 聚氨酯弹性体(PU Elastomers)

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

浇注型聚氨酯弹性体(简称CPU)——是聚氨酯弹性体中应用最广、产量最大的一种; 热塑型聚氨酯弹性体(简称TPU)——热塑型聚氨酯弹性体约占聚氨酯弹性体总量的25%左右; 混炼型聚氨酯弹性体(简称MPU)——占聚氨酯弹性体总量的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，不同应用领域，选择的弹性体的硬度范围不同。

在矿山、冶金等行业的应用——筛板、摇床等 在机械工业方面的应用——胶辊、胶带、密封件等; 在汽车工业方面的应用——轮胎、密封圈等;

在轻工业方面的应用——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——防水材、铺装材、灌封材等。 水性聚氨酯材料的制备与应用

水性聚氨酯又称水乳化聚氨酯或水溶性聚氨酯等，是以水分散介质。其与溶剂型聚氨酯的区别在于它具有无毒、节能、成本低、安全、不污染环境等优点，在皮革、建筑涂料、电线电缆、汽车、机械、机电等行业受到广泛关注，并得到实际应用。根据水分散体制备方法的不同，水性聚氨酯又可分为乳液型聚氨酯和水溶性聚氨酯。

合成工艺实例

在装有温度计、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 ( 约为固体分总量 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中剩余 17 % ( 质量分数 ) 。先在室温下搅拌反应混合物，使其全部溶解 ( 低温加热溶解也可 ) ，然后通过加料漏斗滴加二异 氰酸酯，控制反应混合物的温度在 80 ～ 90 ℃，反应约 3h 后，降温至 75 ～ 80 ℃，加入剩余的 M — pyrol ，搅拌 5 min ，进一步使反应体系降温至 65 ～ 70 ℃，随即加入能完全中和 DMPA 化学当量的三乙胺，再搅拌 10min 后，滴加适量的水，最后保持反应体系温度在 60 ～ 70 ℃约 3h ，得到粘稠产物。

(1) 水性聚氨酯的粘度不随聚合物相对分子质量的改变有明显差异，即使分子内部形成桥联结构也无影响，所以可增加聚合物的聚合度，以提高内聚强度;而溶剂型聚合物的粘度随相对分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，且水性聚氨酯分散粒径小时粘度变大。

(3) 溶剂型聚合物的粘度可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增稠剂来调整，这样使体系中水溶性成分过多，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线。

(5) 水性聚氨酯易与其它树脂或颜料等物质混合来改进性能，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之间的相容性或溶剂的溶解性制约，配方影响因素较多，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或疏水性的基材润湿性差，难于赋予充分的粘接性，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，水性聚氨酯聚合物是离子键结合，具有强的亲水性，有时为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) 水性聚氨酯体系的防冻性有一定限度，在北方冬季施工受到一定影响。

(8) 由于水性聚氨酯体系不使用或少使用有机溶剂，无中毒、着火之虞，符合环保要求，且涂膜综合性能好，因而在建筑涂料、皮革、家具等行业具有明显的优势，应用前景广泛。 水性聚氨酯的用途 最初水性聚氨酯主要作为皮革和纤维处理剂来开发的，随着其性能不断提高，应用领域也不断扩展。人们利用聚氨酯特有的柔软、强韧、耐溶剂性和强附着性，拓展了很多新的应用领域。

4.1 用作涂饰剂 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，可作为皮革、鞋料等皮革制品以及传送带、帐篷等工业用纤维、纺织纤维的涂饰剂;可用作汽车、室内装饰、箱包和罩布等的涂饰剂;可用作耐磨、耐冲击、防应力断裂用体育场馆、车库、混凝土地面、钢架结构、大型设备、机电设备、公路桥梁、高速公路护栏等的涂装，也可用于尼龙、 ABS 、聚酯等高分子材料制品的涂装。

4.2 用作粘合剂 可作为耐水、耐化学品包装纸以及食品、化妆品包装薄膜的粘接剂;作为帐篷、靴鞋、箱包、雨具、家具、纤维板等的粘合剂;也可广泛用于塑料、木材、金属、高分子材料、电路板的粘接

4.3 作建筑涂料 广泛用作高性能内外墙涂料、地板涂料的成膜物，

制成的涂料具有优良的弹性、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。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于土木建筑、交通运输等行业： 在建筑方面的应用——门窗、玻璃等的填充密封; 在土木方面的应用——高速公路、桥梁、飞机跑道等的嵌缝密封; 在汽车方面的应用——车窗(主要是风挡玻璃)的装配密封。 聚氨酯密封胶具有诸多优良特性，包括：(1)性能可调范围宽、适应性强(2)耐磨性能好;(3)机械强度大;(4)粘接性能好;

(5)弹性好，具有优良的复原性，可用于动态接缝;

(6)低温柔性好;(7)耐候性好，使用寿命长达15~20年;(8)耐油性好;(9)耐生物老化;(10)价格适中。 聚氨酯胶粘剂(PU Adhesives) 聚氨酯胶粘剂中含有很强极性和化学活泼性的-NCO-(异氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基团)，与含有活泼氢的基材，如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力; 具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用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，能适应不同热膨胀系数基材的粘合，它在基材之间形成具有软-硬过渡层，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、减震功能; 聚氨酯胶粘剂的低温和超低温性能超过所有其他类型的胶粘剂; 水性聚氨酯胶粘剂——水性聚氨酯胶粘剂具有低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) 聚氨酯涂料的应用领域主要有：飞机、船舶、车辆涂装;木材、塑料、橡胶、皮革的表面涂装;建筑物涂装;防腐涂装，等等。 水性聚氨酯涂料——以水为主要介质，具有低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。已在许多领域得到广泛的应用，如：(1)木器漆及木地板漆;(2)纸张涂层;(3)建筑涂料;(4)皮革涂层;(5)织物涂层，等等。 聚氨酯鞋底料(Shoe Sole) 聚氨酯鞋底具有诸多优点：密度低，质地柔软，穿着舒适轻便;尺寸稳定性好