聚氨酯基本常识

1聚氨酯基本常识一、聚氨酯基础知识聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革、铺面材料等到品种。广泛用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工业以及纺织等领域。（一）PU制品的基本组成：生产聚氨酯（PU）制品，其所用的原材料按性质、功能来分，可分为如下几个组份：组份一：异氰酸酯（盐）类—此类原料是PU树脂主要原料之一。其官能团为：—NCO（即为异氰酸酯基），此类原料中一般在其分子结构中有两个或两个以上的—NCO基。常用的原料有：MDI、PAPI、TDI三种。特殊的：HDI（1，6—己二异氰酸酯），IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯），H12MDI（二环己基甲烷二异氰酸酯），HTDI（甲基环己基二异氰酸酯）。XDI（苯二亚甲基二异氰酸酯），NDI（萘—1，5—二异氰酸酯）。改性的异氰酸酯类：是指过量的异氰酸酯与含活泼氢类化合物反应，生成末端是—NCO的预聚物。如液化MDI（碳化二亚胺改性MDI），鞋底原液B料（聚酯多元醇改性MDI），弹性体所用的预聚物等。组份二：活泼氢类——此类原料是PU树脂主要原料之一。一般在其分子结构中有两个或两个以上的羟基（—OH）或胺基（—NH2）等。常用的有：聚酯多元醇，聚醚多元醇，二元醇（EG，BDO，1，6—HDO，PG等），MOCA，TMP，HQEE，水等组份三：溶剂类—此类原料量大，在合成中不参与反应。常用的有：DMF，MEK，TOL，ETAC，CY，二甲苯，汽油，水等。组份四：助剂类—此类原料量少，但对制品的品质影响很大，同时其种类很多，根据其作用来分有：催化剂：有机锡类（DBTDL，辛酸亚锡），叔胺类（三亚乙基三胺，三乙醇胺，三乙胺等）表面活性剂：改善制品内部或表面性质。如硅油匀泡剂（DC—193，DC—5043），DS—80，OT—70等。抗氧化剂：防止制品在制作过程中，被空气氧化发生颜色变化。常用的是BHT，I—1010等。着色剂：分无机和有机颜料，常将颜料与多元醇研磨成糊状物——色浆或色膏，有红、黄、绿、蓝、黑五种颜色。此外还有其它助剂：紫外线吸收剂，分散剂，防结皮剂，增塑剂，偶联剂，增粘剂等。另外在PU制品中常使用填料，其目的是：改进制品物理性能，补强其力学性能，降低成本。常用的填料有：CaCO3，瓷土，滑石粉等。（二）基本反应：1：与醇类反应：R1—NCO+R2—OH——R1NHCOOR222：与胺类反应：R1—NCO+R2—NH2——R1NHCONHR23：与水反应：R—NCO+H2O——RNHCOOH——R—NH2+CO2R—NCO+R—NH2——RNHCONHR（三）原料简介：己二酸（AA）：1：物理性质：白色晶体或结晶粉末，略有酸味，微溶于水、环己烷，溶于丙酮、乙醇、乙醚。不溶于苯、石油醚。熔点152℃，沸点330.5℃（760mmHg），比重1.360（20/4℃），闪点196℃。2：用途：AA主要用于生产尼龙（纤维和树脂），约占总生量的70%以上，聚氨酯行业中AA的用量只约20%，余下的用于增塑剂、造纸、药物等方面生产。在PU行业中，AA用于生产PU革用树脂、鞋底原液、弹性体、胶粘剂和油漆等方面。二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（MDI）：1：物理性质：白色到微黄色结晶体（或粉末）。溶于丙酮、苯、甲苯、氯苯、硝基苯、煤油、乙酸乙酯等，比重1.197（70℃），凝固点38-39℃，沸点190℃（5mmHg）。2：用途：MDI只用于聚氨酯行业中，其应用范围是：弹性体、纤维、革用树脂、鞋底原液、胶粘剂和油漆等方面。多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）：1：物理性质：棕色粘稠液体，溶于丙酮、苯、甲苯、氯苯、硝基苯、煤油、乙酸乙酯等，比重1.23（25℃）。2：用途：在PU行业中，PAPI主要用于生产硬泡，此外还可用于胶粘剂、铺装材料等。甲苯二异氰酸酯（TDI）：1：物理性质无色至淡黄色液体，有强烈刺激性气味。可溶于醚、丙酮、苯、四氯化碳、氯等。与水、醇及胺等反应，比重1.2244（20/4℃），熔点19.5-21.5℃，沸点251℃（760mmHg）。2：用途：TDI的主要用途是生产PU泡沫，约占TDI总量的80%以上。此外还用于胶粘剂、弹性体、油漆、固化剂等方面。N,N-二甲基甲酰胺（DMF）：1：物理性质：无色透明液体，有氨气味，溶于水、乙醇、乙醚、氯仿等大多数有机溶剂，微溶于苯。溶解能力强，被称为万能有机溶剂。比重0.9445g/cm3（25/4℃），熔点-61℃，沸点153℃，3折射率为1.4269。2：用途：DMF主要用于革用树脂的合成和PU皮革生产加工方面，约占总量的90%以上，余下的用于医药和分析方面。1，4—丁二醇（BDO）：1：物理性质：无色粘稠油状液体，味苦，有吸湿性，无气味。可溶于水、甲醇、乙醇和丙酮，微溶于乙醚，不易挥发。比重为1.016g/cm3(20/4℃)，凝固点为20.9℃，沸点为228℃，折射率为1.4446（25℃）。2：用途：用于制造聚酯多元醇、不饱和树脂、药物、染料、化妆品及油漆等。四：多元醇简介：一）：聚酯多元醇1：分类：聚酯多元醇的种类繁多，根据其结构来分可分为三大类：聚酯多元醇类（主要是己二酸系列），聚ε—己内酯类，聚碳酸酯类。聚酯多元醇是由二元酸与二元醇或三元醇经酯化、缩聚成一定分子量的端羟基高聚物。聚ε—己内酯类是ε—己内酯在催化剂（有机钛类、辛酸亚锡）存在下，由起始剂（二醇或二胺）开环聚合成线性的端羟基或端胺基高聚物。聚碳酸酯类是1，6—己二醇与二苯基碳酸酯经酯交换、缩聚而成的聚碳酸己二醇酯二醇。2：聚酯多元醇生产工艺：3：聚酯多元醇主要品种：见表1：表1：常见的聚酯多元醇聚酯多元醇名称代号状态聚己二酸乙二醇酯二醇PEA白色蜡状固体聚己二酸乙二醇—丙二醇酯二醇PEPA白色蜡状固体聚己二酸二乙二醇酯二醇PDA浅黄色粘稠液体聚己二酸乙二醇二乙二醇酯二醇PEDA白色或浅黄色油状物聚己二酸1，4—丁二醇酯二醇PBA白色蜡状固体聚己二酸乙二醇—1，4—丁二醇酯二醇PEBA浅黄色油状物聚己二酸1，2—丙二醇酯二醇PPA浅黄色粘稠液体聚己二酸新二醇—1，6—己二醇酯二醇PNHA浅黄色油状物或白色蜡状固体聚己二酸蓖麻油酯二醇PCA浅黄色油状物聚酯合成釜己二酸二元醇催化剂酯化缩聚产品4聚ε—己内酯二醇PCL白色蜡状固体或浅色油状物聚碳酸—1，6—己二醇酯二醇PHC浅色蜡状固体二）：聚醚多元醇：1：分类：聚醚多元醇品种很多，根据其特性来分可分为四大类：第一类：普通氧化丙烯为基的聚醚多元醇。第二类：特种氧化丙烯为基的聚醚多元醇。第三类：四氢呋喃为基的聚醚多元醇。第四类：丁二烯为基的聚醚多元醇。2：聚醚多元醇生产原料：聚醚多元醇的生产原料只有三种：第一种：含氧的环化物：主要有：环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃等。第二种：含活泼氢的起始物：主要有：乙二醇、丙三醇、季四醇、乙二胺、芳胺等。第三种：离子型催化剂：主要有：KOH、NaOH、FeCl3、AlCl3、BF3等3：主要的聚醚多元醇品种：见表2：表2：主要的聚醚多元醇品种聚醚多元醇名称用途聚氧化丙烯二醇泡沫塑料、胶粘剂、铺装材料聚氧化丙烯三醇泡沫塑料、胶粘剂、铺装材料聚氧化丙烯—蓖麻油多元醇耐水解弹性体、胶粘剂聚氧化丙烯四醇硬泡聚氧化丙烯五醇耐高温硬泡聚氧化丙烯六醇耐高温硬泡聚氧化丙烯八醇耐高温硬泡高活性聚醚多元醇高回弹、自结皮、RIM注射弹性体填充聚醚多元醇高承载、高模量、高弹性泡沫塑料端胺基聚醚多元醇快速模注弹性体、喷涂弹性体阻燃聚醚多元醇阻燃泡沫塑料聚四氢呋喃二醇弹性体、氨纶四氢呋喃—氧化丙烯共聚二醇胶粘剂、弹性体聚丁二烯二醇胶粘剂、弹性体二、聚氨酯制品的生产和用途概述聚氨酯用途很广，涉及的产品有：泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革和铺装材料等。这些些制品广泛应用于工、农业，运输、建筑以及日常生活用品等行业中。下面简单概述一下聚氨酯的有关用途。（一）泡沫塑料：1：生产原理：（1）：ONC—R—NCO+H2OONC—RNHCOOHONC—R—NH2+CO2ONC—R—NCO+R—NH2ONC—RNHCONHR5（2）：ONC—R—NCO+HO—R1—OH+ONC—R—NCOONC—R—NH—R1—NH—R—NCO2：生产工艺：按聚氨酯泡沫的生产工艺，可分为一步法、预聚体法（两步法）两种；按生产机械的种类，可分为间歇法、连续法两种。常见的箱式发泡是间歇式一步法。其生产流程如下：3：各组份作用：1）：聚醚多元醇：是泡沫塑料的主要原料之一，与异氰酸酯反应，生成氨基甲酸酯，使分子链增长形成聚氨酯。构成泡沫体的主体骨架。2）：TDI（T—80：是泡沫塑料的主要原料之一，其作用有：第一：与异氰酸酯反应，生成氨基甲酸酯，使分子链增长形成聚氨酯。构成泡沫体的主体骨架。第二：与水反应，放出CO2，形成泡沫塑料中泡孔。第三：过量的—NCO与脲、氨基甲酸酯中的活泼氢反应，生成缩二脲和脲基甲酸酯，使聚合物分子链接连起来，形成聚合物网络结构，起交联作用，赋予泡沫体强度。3）：发泡剂：发泡剂有两类：水和物理发泡剂。水：与异氰酸酯反应，生成脲基甲酸酯，形成泡沫体的主体骨架之一。同时反应中放出的CO2，形成泡沫塑料中泡孔。物理发泡剂：常用的有：F11（三氯一氟甲烷），二氯甲烷等。其作用是：其一：起发泡作用；其二是带走热量或减少放热量，防止泡沫烧心或燃烧。4）：催化剂：用来调整和平衡在泡沫形成过程中，发生的发泡和聚合凝胶两种反应速率。以克服泡沫中的各种问题。同时为了加快反应速度，缩短生产时间。5）：硅油：属于表面活性剂系列。其作用有三：其一：有助各种原料混合均匀。其二：稳定泡孔，防止泡沫塌泡。其三：控制泡孔大小和均匀度。6）：填料：降低成本和提高泡沫强度、耐热性能。4：应用领域：1）：垫材：软泡用于家具座椅、沙发，汽车座垫、靠背、扶手，床垫等。2）：软泡可用作隔音材料、鞋内衬等织物复合材料、玩具、过滤材料和高档仪器的包装材料等方面。聚醚TDI发泡剂催化剂硅油填料发泡箱泡沫产品63：硬泡可用于冰霜、冷藏方面的绝热材料，工业管道、贮罐的保温材料，以及汽车的车门板、行李箱盖、发动机盖板等。4）：硬泡在建筑方面可用作楼顶层的防水、隔热材料，组合活动建筑。同时还能作为具有车、锯、刨功能的仿木材料。（二）弹性体：1：分类：从制造工艺来分，聚氨酯弹性体可分为浇注型、热塑性、混炼型三大类。1）：浇注型聚氨酯弹性体是通过浇注工艺，由液体树脂浇注并反应成型的一类聚氨酯弹性体。2）：热塑性聚氨酯弹性体是由低聚物多元醇软段与二异氰酸酯—扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物。3）：混炼型聚氨酯弹性体是先合成贮存稳定的固体生胶，再经过混炼机加工，制成热固性网状分子结构的聚氨酯弹性体。2：浇注型聚氨酯弹性体的生产工艺：浇注型聚氨酯弹性体的生产工艺有三种：一步法、预聚体法、半预聚体法。其中一步法和预聚体法比较常用，是TDI—MOCA体系。半预聚体法不很常用，是MDI—BDO体系。下面简单概述一下预聚体法、半预聚体法的生产工艺：一步法：长链二元醇二异氰酸酯扩链剂催化剂二步法：多元醇二异氰酸酯3．热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的生产工艺：TPU的生产工艺很多，但最常用的双螺杆连续化生产工艺。充分混合后脱泡模具升温固化脱模后硫化预聚体脱泡充分混合扩链剂入模具固化脱模后硫化成品品机械加工脱泡低聚物二醇二醇扩链剂脱水脱水计量纯MDI熔融高速混合头双螺杆反应器74：弹性体用途1）：聚氨酯弹性体可用于矿山中各种设备的管道、弯头、内衬、筛板（筛网）和传送运输带等。2）：聚氨酯弹性体可用于造纸、纺织、印染、印刷等各种胶辊，也可用于矿山中各种车辆上的实心轮胎。3）：聚氨酯弹性体可用于汽车行业中的仪表板、车身板、保险杠以及其它零部件，此外还可用于模具内衬、各种物料的软硬管、鞋底鞋材以及医用各种材料等。（三）涂料：1：分类：表3：聚氨酯涂料的分类类型固化方式NCO%颜料分散性干燥时间/h耐磨性主要用途单组分氨酯油氧化聚合0常规法0.4—4.0一般装饰漆、船舶漆、防锈漆、木器漆封闭型加热0常规法0.5（150Cº以下）良好绝缘漆、烘烤