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聚 氨 酯 材 料 简 介 第五组： 李春斌 杨琳燦 关凯 2014年4月7日 聚氨酯材料简介 摘要：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。本文从聚氨酯的微观结构开始入手分析，得出聚氨酯的主要性能，然后根据这些性能，列举了四个具体的聚氨酯材料的实际应用：鲨鱼皮泳衣、聚氨酯鞋底、聚氨酯涂料和聚氨酯胶黏剂。 关键字：聚氨酯；结构；性能；实际应用 聚氨酯是指分子结构中含有许多重复的氨基甲酸酯基团（）的一类聚合物，全称为聚氨基甲酸酯，简称PU。聚氨酯根据其组成的不同，可制成线型分子的热塑性聚氨酯，也可制成体型分子的热固性聚氨酯。前者主要用于弹性体、涂料、胶黏剂、合成革等，后者主要用于制造各种软质、半硬质、硬质泡沫塑料。 聚氨酯于1937年由德国科学家首先研制成功，于1939年开始工业化生产。其制造方法是异氰酸酯和含活泼氢的化合物（如醇、胺、羧酸、水分等）反应，生成具有氨基甲酸酯基团的化合物。其中以异氰酸酯与多元醇反应为制造PU的基本反应，其反应式为： 反应属于逐步加成聚合，反应过程中没有小分子副产物生成。如异氰酸酯或多元醇之一有三个以上的官能团，则生成立体的网状结构。 合成聚氨酯的基本原料 合成聚氨酯的基本原料为异氰酸酯、多元醇、催化剂以及扩链剂等。 （1）异氰酸酯 异氰酸酯一般含有两个或两个以上的异氰酸酯基，异氰酸酯基团很活泼，可以跟醇、胺、羧酸、水等发生反应。目前聚氨酯产品中主要使用的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二本基甲烷二异氰酸酯（MDI）和多亚甲基对苯多异氰酸酯（PAPI）。TDI主要用于软质泡沫塑料；MDI可用于半硬质、硬质泡沫塑料机胶黏剂等；PAPI由于含有三个官能度，可用于热固性的硬质泡沫塑料、混炼以及浇注制品。 （2）多元醇 多元醇构成聚氨酯结构中的弹性部分，常用的有聚醚多元醇和聚酯多元醇。多元醇在聚氨酯中的含量决定聚氨酯树脂的软硬程度、柔顺性和刚性。聚醚多元醇为多元醇、多元胺或其他含有活泼氢的有机化合物与氧化烯烃开环聚合而成，具有弹性大、粘度低等优点。这类多元醇用的比较多，特别是应用于软质泡沫塑料和反应注射成型产品中。聚酯多元醇是以各种有机多元酸和多元醇通过酯化反应而得到的。二元酸和二元醇合成的线型聚酯多元醇主要用于软质聚氨酯，二元酸与三元醇合成的支链型聚酯多元醇主要用于硬质聚氨酯。 （3）催化剂 在聚氨酯聚合过程中还需要加入催化剂，以加速聚合过程，一般有胺类和锡类两种，常用的胺类有三乙烯二胺、N-氨基吗啡啉等，锡类有二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等 （4）扩链剂 常用的扩链剂是低相对分子质量的二元醇和二元胺，它们与异氰酸酯反应生成聚合物中的硬段。常用的扩链剂有乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇等。二元胺一般都采用芳香族二元胺，如二苯甲烷二胺、二氯二苯基甲烷二胺等。 结构对性能的影响 任何高分子材料的性能均由其结构决定,聚氨酯结构包含化学结构和聚集结构两方面。化学结构即分子链结构,是合成之初配方设计中需要着重考虑的因素;聚集结构是指大分子链段的堆积状态,受分子链结构、合成工艺、使用条件等的影响。具体有以下几方面的影响： （1）软段对性能的影响 聚醚、聚酯等低聚物多元醇组成软段。软段在聚氨酯中占大部分，不同的低聚物多元醇与二异氰酸酯制备的聚氨酯性能各不相同。 极性强的聚酯作软段得到的聚氨酯弹性体及泡沫的力学性能较好。因为，聚酯制成的聚氨酯含极性大的酯基，这种聚氨酯内部不仅硬段间能够形成氢键，而且软段上的极性基团也能部分地与硬段上的极性基团形成氢键，使硬相能更均匀地分布于软相中，起到弹性交联点的作用。在室温下某些聚酯可形成软段结晶，影响聚氨酯的性能。聚酯型聚氨酯的强度、耐油性、热氧化稳定性比PPG聚醚型的高，但耐水解性能比聚醚型的差。聚四氢呋喃（PTMEG）型聚氨酯，由于PTMEG规整结构，易形成结晶，强度与聚酯型的不相上下。一般来说，聚醚型聚氨酯，由于软段的醚基较易旋转，具有较好的柔顺性，优越的低温性能，并且聚醚中不存在相对易于水解的酯基，其耐水解性比聚醚型好。聚醚软段的醚键的α碳容易被氧化，形成过氧化物自由基，产生一系列的氧化降解反应。以聚丁二烯为软段的聚氨酯，软段极性弱，软硬段间相容性差，弹性体强度较差。含侧链的软段，由于位阻作用，氢键弱，