聚氨酯化学与工艺_聚氨酯弹性体.doc

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1、聚氨酯化学与工艺聚氨酯弹性体•5.1性能特点及其分类•5.2弹性体原料及原料对性能的影响•5.3浇注型聚氨酯弹性体（CPU）•5.4热塑型聚氨酯弹性体（TPU）•5.5混炼型聚氨酯弹性体（MPU）•5.6聚氨酯弹性体的应用5.1性能特点及其分类5.1.1性能特点聚氨酯弹性体(PUelastomer)又称聚氨酯橡胶，是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料。通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交联剂及少量助剂为原料制得。从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬

2、段，硬段和软段交替排列，形成重复结构单元。除含有氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离。这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，模量介于一般橡胶和塑料之间。它具有以下的特性：1、较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内（邵氏A10～邵氏D75）保持较高的弹性；一般无需增塑剂可达到所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题；2、在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高；3、优异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的2～10倍；4、耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；

3、耐氧性和耐臭氧性能优良；5、抗冲击性高、耐疲劳性及抗震动性好，适于高频挠屈应用；6、低温柔顺性好；7、普通聚氨酯不能在100℃以上使用，但采用特殊的配方可耐140℃高温；8、模塑和加工成本相对较低。金属材料相比，聚氨酯弹性体制品具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点；与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、弹性记忆、耐磨等优点。与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可浇注、硬度范围广等优点。聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断涌现，其应用前景将十分广阔。5.1.2基本分类1、按低聚物多元醇原料分

4、，聚氨酯弹性体可分为聚酯型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中根据具体品种又可分聚四氢呋喃型、聚氧化丙烯型等；2、根据二异氰酸酯的不同，可分为脂肪族和芳香族弹性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类型。常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI型为主。3、扩链剂主要有二元醇和二元胺两类。二元胺扩链得到的聚氨酯弹性体严格地讲是聚氨酯—脲弹性体。4、从制造工艺分，传统上把聚氨酯弹性体分为浇注型(CPU)、热塑性(TPU)、混炼型(MPU)三大类，都可采用预聚法和一步法合成。一些新工艺的制品已超越某些传统类型，如反应注射成型(RIM)工

5、艺生产实心及微孔聚氨酯弹性体已成为一个重要的类别。另外，还有溶液涂覆及溶液浇注成型，也是聚氨酯弹性体的一个重要类型。主要用于生产合成革。喷涂成型也是近十年来国内外发展较快的一种新技术。5.2弹性体原料及其对性能的影响5.2.1原料5.2.1.1低聚物多元醇聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇原料有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种。(1)聚酯多元醇聚酯分子中含有较多的极性酯基(－COO－)，可形成效强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有较高的强度、耐磨及耐油性能。用于制备聚氨酯弹性体的聚酯以相对分子质量为1000～3000的已二酸系脂肪族聚酯二醇为主。(2)聚醚

6、多元醇弹性体常用的聚醚多元醇种类有聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇(PPG)、四氢呋喃／氧化丙烯／氧化乙烯的二元或三元共聚醚二醇(如聚四氢呋喃－氧化丙烯二醇)等。聚醚多元醇制得的弹性体具有较好的水解稳定性、耐候性，低温柔顺性和耐霉菌性等性能。(3)聚烯烃多元醇以端羟基丁二烯(HTPB)、端羟基聚丁二烯-丙烯腈(HTBH)、端羟基异戊二烯(HTPI)为基础的聚氨酯具有优异的耐水解性、电绝缘性、低温柔性、气密及水密性能，可用于聚氨酯弹性体密封件、胶辊、电子元件灌封胶等领域。以HTPI、HTPB等与二异氰酸酯制成的端官能团预聚体具有类似于天然橡胶主链结构，是名副其实的液

7、体橡胶、经过适当的扩链或交联反应制得弹性体材料。(4)其它低聚物多元醇低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的弹性体具有良好的耐水和耐紫外光性能。精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇，制得的弹性体耐水解、成本低，但强度不高。还有苯乙烯及丙烯腈接枝聚醚多元醇、接枝聚酯多元醇、聚脲改性聚醚多元醇等。5.2.1.2二异氰酸酯及多异氰酸酯用于聚氨酯弹性体的多异氰酸酯以二异氰酸酯为主，有甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）及1，5-萘二异氰酸酯（NDI）、四甲基二异氰酸酯（TMXDI)、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、对苯基二异氰酸

8、酯（PPDI）、二亚甲基