什么是聚氨酯

聚氨酯是指在高分子主鏈上含有重復(fù)單元結(jié)構(gòu)--氨基甲酸酯基團-NHCOO-的高分子化合物統(tǒng)稱。一般聚氨酯由多氰酸酯與多元醇反應(yīng)合成，是目前工業(yè)上聚氨酯的合成主要手段。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，對非異氰酸酯型聚氨酯也展開了研究，但離工業(yè)化還有一段距離，主要還處于實驗室研發(fā)階段。

在聚氨酯分子中，除氨基甲酸酯基團外，還有脲、縮二脲等基團，以及原料多元醇中所含有的酯鍵和醚鍵，水性聚氨酯中還包括離子型的羧基等。所以，多異氰酸酯與多元元醇合成的聚氨酯分子中，氨基甲酸酯基團在整個分子鏈段中只占少數(shù)。因此，從廣義上講，聚氨酯是異氰酸酯的加聚物?，F(xiàn)在人們把其他一些由異氰酸酯合成的聚合物也歸類在聚氨酯里，如在高分子主鏈上含有重復(fù)單元-NHCONH-的聚脲，也作為聚氨酯來論述。

聚氨酯由多異氰酸酯（通常為二異氰酸酯）與二元醇（小分子二元醇、聚酯或聚醚、多元胺等）通過逐步聚合反應(yīng)合成，所以在其分子鏈上，主要由具有柔性的聚酯或聚醚和異氰酸酯與小分子二元醇生成的硬段鏈組成。由于聚酯或聚醚的分子鏈段一般比較長，且具有良好的柔性，一般將其稱為軟段；而異氰酸酯與小分子二元醇生成的分子鏈段，且由于分子間氫鍵的作用而具有較強的結(jié)晶性能，所以一般稱之為硬段。綜上所說，聚氨酯是由軟段與硬段所組成的嵌段聚合物。

16個聚氨酯相關(guān)基本要點

1.聚氨酯泡沫配方如何表示及如何計算

答：在聚氨酯泡沫塑料配方設(shè)計或表達(dá)時通常以100質(zhì)量份多元醇為基準(zhǔn)，配方其余組分則一般表示為“份／100份多元醇”，或直接表示為多少份。

計算公式：

計算每份多元醇所需異氰酸酯的單元用量(質(zhì)量)

軟泡所用的多異氰酸酯以TDI為主，所需TDI的單元用量設(shè)為M1T，

硬泡以及部分冷熟化模塑軟泡等采用粗MDI(即PAPI)，設(shè)其單元用量為M1M 。

式中：Q為多元醇的羥值，M和f分別表示多元醇的分子量和平均官能度，174.1和2分別是TDI的分子量和官能度，NCO%和42分別是異氰酸酯中的NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)(可稍有差異)和NCO的摩爾質(zhì)量。若采用PAPI，則可異氰酸酯的NCO%質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30左右)，進(jìn)行各項計算。

計算每份水所需消耗異氰酸酯的用量

M2T ＝(1／18.02)×174.1＝9.67

M2M ＝(1／18.02)×2/(0.30／42)＝15.54

式中， M2T和M2M分別表示每l份水所需TDI和PAPI的用量，18.02是水的相對分子質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)方程式，1個水分子消耗2個NCO(如1個TDI分子)。配方中化學(xué)發(fā)泡劑水的用量一般指總的水用量，除加入的水外，還包括聚醚多元醇及其它組分所含的水分。

計算整個配方所需異氰酸酯的用量

把每質(zhì)量份含活性氫原料所需消耗的異氰酸酯分別乘以實際用量，加和后乘以異氰酸酯指數(shù)即得整個配方所需異氰酸酯的用量。

例如，在軟泡生產(chǎn)中，一次用68kg多元醇(羥值56mgKOH／g，含水分0.1％)，配方中加水3份／l00份多元醇，不計其它助劑消耗的TDI，TDI指數(shù)為105，TDI純度以l00％計，則TDI的用量為： 

2.CPU有何性能特點？

答：

①以液體原料澆注或注射到制品模具中反應(yīng)而固化成型，可以直接制得很厚的體積大的聚氨酯橡膠制品及形狀復(fù)雜的制品；

②制得的制品綜合性能好；

③可以調(diào)節(jié)原料的配方組成及用量，獲得不同硬度的制品，性能的可變范圍大；

④對于簡單的手工澆注，設(shè)備投資小，加工方便；

⑤可制造小批量的或單件的制品原型，靈活性好。 

3.CPU的合成方法？

答：澆注成型的聚氨酯的制備成型工藝有一步法、預(yù)聚體法和半預(yù)聚體法。

4.什么叫一步法、預(yù)聚物法、半預(yù)聚物法？各有何特點？

答：一步法工藝:指將低聚物多元醇、二異氰酸酯、擴鏈劑和催化劑等同時混合后直接注入模具中，在一定溫度下 固化成型的方法。特點：此法生產(chǎn)效率高，因無需制備預(yù)聚體而節(jié)省能量，生產(chǎn)成本較預(yù)聚體法低，可用小型澆注機生產(chǎn)。但反應(yīng)較難控制，所得彈性體分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，力學(xué)性能不如預(yù)聚體法好，故常用于制造低硬度、低模量的制品如印刷膠輥、小型工業(yè)實心輪胎、壓力傳動輪等。

預(yù)聚體法：首先將低聚物多元醇與二異氰酸酯進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，生成端NCO基的聚氨酯預(yù)聚物，澆注時再將預(yù)聚物與擴鏈劑反應(yīng)，制備聚氨酯彈性體的方法，稱之為預(yù)聚體法。特點：采用預(yù)聚體法制備聚氨酯彈性體，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，由于采取了預(yù)聚步驟，在進(jìn)行擴鏈反應(yīng)時放熱低，易于控制，制得的聚氨酯分子鏈段排列比較規(guī)整，制品具有良好的力學(xué)性能，重復(fù)性也較好。

半預(yù)聚物法與預(yù)聚體法的區(qū)別是將部分聚酯多元醇或聚醚多元醇跟擴鏈劑、催化劑等以混合物的形式添加到預(yù)聚物中。特點是： ①預(yù)聚體組分粘度低，可以調(diào)節(jié)到與固化劑混合組分的粘度相近， ②配比也相近（即混合質(zhì)量比可為1:1），這不但提高了混合的均勻性，而且也改善了彈性體的某些性能。

5.影響聚氨酯彈性體性能的主要工藝因素

答：

(1)擴鏈系數(shù)：大量實踐表明MOCA的擴鏈系數(shù)以0.85～0.95范圍為宜；

(2)合成方法：一般來說，由預(yù)聚物法制得的彈性體性能最好，一步法最差；

(3)混合溫度及固化溫度：適當(dāng)提高熟化反應(yīng)溫度有利于提高制品的力學(xué)性能，但提高預(yù)聚體與擴鏈／交聯(lián)劑的混合溫度，會使凝膠和凝固期縮短，有時來不及澆注和使攪拌帶入的氣泡逸出；而且當(dāng)溫度高于120℃ 時，往往又會使彈性體性能下降；

(4)熟化時間的影響；

(5)預(yù)聚體的貯存：由于預(yù)聚體中含有活性較大的NCO基團，一般須在氮氣的密封桶貯存；(6)注模時的環(huán)境。

6.NCO/OH(< = >1)之比對材料性能如何影響

答：① -NCO/-OH>1  即-NCO基團過量，生成的聚合物端基為異氰酸酯基

② -NCO/-OH＝1  當(dāng)異氰酸酯與多元醇均為雙官能度時，聚合物分子量無窮大，在泡沫塑料及TPU、CPU、MPU等的制備中，-NCO/-OH值一般控制在1左右，略大于1。

③ -NCO/-OH <1  即-OH基團過量，生成的聚合物端基為羥基

7.CPU合成時配方表示及計算方法

答：預(yù)聚體法澆注彈性體體系是雙組分體系，一個組分為預(yù)聚體，另一組分為擴鏈劑/交聯(lián)劑或加有催化劑、防老劑、色料、填料等助劑的混合物。

計算方法：

多元醇與異氰酸酯的比例計算

其中：WOH－多元醇質(zhì)量；WNCO－異氰酸酯質(zhì)量；NCO%－預(yù)聚物中設(shè)定的NCO含量；NCONCO%－異氰酸酯中的NCO含量； NOH－多元醇的羥值

W預(yù)聚物中擴鏈劑加入量的計算

其中：Wk－擴鏈劑加入量；WA－預(yù)聚物的質(zhì)量；NCO%－設(shè)定NCO含量；Nk－擴鏈劑的當(dāng)量；f－擴鏈系數(shù)（－OH/NCO－，一般為0.85~0.9之間)

8.CPU加工工藝條件及方法

答：方法有：手工澆注，機械澆注，特殊澆注工藝，真空澆注

9.反應(yīng)注射成型和橡膠、塑料注射成型的區(qū)別

答：與傳統(tǒng)塑料加工成型法相比，RIM工藝對制備大型制品、形狀復(fù)雜制品、薄壁制品更為有利，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，花紋圖案清晰，重現(xiàn)性好；該工藝加工勿需普通塑料熱塑成型所需的昂貴的熱流道體系，設(shè)備費僅為熱塑型結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型設(shè)備的1/2～1/3，且生產(chǎn)出的制品無成型應(yīng)力、成型周期短、生產(chǎn)效率高，尤其對于大批量、大尺寸制品的生產(chǎn)，生產(chǎn)成本的降低更為明顯。

10.反應(yīng)注射成型工藝優(yōu)點

答：

⑴RIM加工技術(shù)能量消耗低。

(2)模具強度要求較低。

(3)所用原料體系比較廣泛。

(4)與傳統(tǒng)塑料加工成型法相比，RIM工藝對制備大型制品、形狀復(fù)雜制品、薄壁制品更為有利，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，花紋圖案清晰，重現(xiàn)性好。

(5)該工藝加工勿需普通塑料熱塑成型所需的昂貴的熱流道體系，設(shè)備費僅為熱塑型結(jié)構(gòu)泡沫塑料成型設(shè)備的1/2～1/3，且生產(chǎn)出的制品無成型應(yīng)力、成型周期短、生產(chǎn)效率高，尤其對于大批量、大尺寸制品的生產(chǎn)，生產(chǎn)成本的降低更為明顯。

(6)物料以液體形態(tài)注入模具，有利于生產(chǎn)斷面形狀復(fù)雜的制品，可嵌入插入件一次成型，也可以在液體原料中添入某些增強材料。

(7)可以使用模內(nèi)涂裝(IMC-Inmold Coating)技術(shù),減少制品后涂裝工序。降低加工成本。 

11.RRIM、SRIM與LFI的區(qū)別

答：用LFI法制造結(jié)構(gòu)RIM材料與RRIM不同之處是，可10～100mm的長纖維作增強材料，纖維不與原料預(yù)先混合；與玻纖網(wǎng)氈增強結(jié)構(gòu)RIM相比，不必放置玻璃纖維墊，操作人員勞動條件得到改善。還可以提高產(chǎn)品中纖維的含量。 

LFI工藝優(yōu)點：①增強聚氨酯（脲）制品的性能優(yōu)于預(yù)制墊工藝。②與原先模具內(nèi)預(yù)先放置玻璃纖維墊相比，周期縮短。③加工經(jīng)濟性。長纖維工藝可節(jié)省費用15%～20%。

12.描述聚氨酯彈性體結(jié)構(gòu)形態(tài)

從分子結(jié)構(gòu)上看，聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性長鏈構(gòu)成軟段，以異氰酸酯及擴鏈劑構(gòu)成硬段，硬段和軟段交替排列，形成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。除含有胺酯基團外，聚氨酯分子內(nèi)及分子間可以形成氫鍵，軟段和硬段可以形成微相區(qū)并產(chǎn)生微觀相分離。這些結(jié)構(gòu)特點使得聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的耐磨性和韌性，以“耐磨橡膠”著稱。

13.噴涂聚氨酯、聚氨酯/脲、聚脲的主要區(qū)別

答：噴涂聚氨酯：是由異氰酸酯組份（簡稱A組份）與樹脂組份（簡稱R組份）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物；其中的R組份必須是由端羥基樹脂和端羥基擴鏈劑組成。

噴涂聚氨酯（脲）：也叫混合體（hybrid），它是由異氰酸酯組份（簡稱A組份）與樹脂組份（簡稱R組份）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物；預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份既可以是端羥基樹脂，也可以是端胺基樹脂擴鏈劑組成。

噴涂聚脲：是由異氰酸酯組份（簡稱A組份）與氨基化合物組份（簡稱R組份）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物。預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成。

14.噴涂聚脲的主要特點

答：

1.不含催化劑，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，5秒鐘凝膠，1分鐘即可達(dá)到步行強度。

2.對濕氣、溫度不敏感，施工時不受環(huán)境溫度、濕度的影響。（可在冰上施工；在-28℃下施工；可在冰柜中固化）。

3.雙組分,100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機物（VOC），對環(huán)境友好。

4.可按1:1體積比進(jìn)行噴涂或澆注，一次施工的厚度范圍可以從數(shù)百微米到數(shù)厘米，克服了以往多次施工的弊病。

5.優(yōu)異的理化性能，如抗張強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕等。

6.具有良好的熱穩(wěn)定性，可在120℃下長期使用，可承受350℃的短時熱沖擊。

7.可以像普通涂料一樣，加入各種顏、染料，制成不同顏色的制品。

8.配方體系任意可調(diào)，手感從軟橡皮（邵A30）到硬彈性體（邵D65）。

9.原形再現(xiàn)性好，涂層連續(xù)、致密，無接縫、無針孔，美觀實用。

10.使用成套設(shè)備，施工方便，效率極高；一次施工即可達(dá)到設(shè)計厚度要求，克服了以往多層施工的弊病。設(shè)備配有多種切換模式，既可噴涂，也可澆注。

15.給出中文名字：

PPG：聚氧化丙烯；

PTMG ：四氫呋喃均聚醚；

TDI ：甲苯二異氰酸酯；

MDI：二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯；

PAPI：多亞甲基多苯基多異氰酸酯；

HDI：六亞甲基二異氰酸酯；   

MOCA：聚氨酯硫化劑；  

HQEE ：對苯二酚二羥乙基醚；

DETDA：二乙基甲苯二胺；  

DMTDA ：二甲硫基甲苯二胺； T-9：聚氨酯催化劑辛酸亞錫；  T-12：有機錫催化劑；  

RIM ：反應(yīng)注射成型；

LFI ：長玻璃纖維注射成型；  

IF ：發(fā)泡指數(shù)；

PIR：聚異三聚氰酸脂；

ISF：整皮模塑泡沫塑料 ；  

CPU ：澆注型聚氨酯彈性體；

TPU：熱塑型聚氨酯彈性體；     

MPU：混煉型聚氨酯彈性體；  

EG ：乙二醇；  

DEG ：二甘醇；  

1,4-BDO：1,4-二羥基丁烷；   

TMP ：三羥甲基丙烷；   

POP:聚合物多元醇

16.硅酮類膠黏劑和聚氨酯類膠黏劑應(yīng)用方面有什么區(qū)別？

聚氨酯類結(jié)構(gòu)膠強度高，粘接對象（材料）廣泛，易粘接，不需要對被 粘接面進(jìn)行特殊表面處理。室溫固化。固化時會放熱。但最大缺點是耐高溫性較差，普通的不超過100攝氏度，較好的也不走過200攝氏度。

硅酮類結(jié)構(gòu)膠最主要的特點是耐溫性好，耐高溫也耐低溫（-60～250攝氏度）。室溫固化，固化時不放熱。但粘接對象不如聚氨酯廣，對某些材料不易粘接。必要時還需對被粘面進(jìn)行增粘處理。強度也不如聚氨酯高。

聚氨酯的應(yīng)用

1、服裝體育用品

聚氨酯在服裝行業(yè)中應(yīng)用很廣。其代表產(chǎn)品為穿著舒適、柔軟、伸縮自如、彈性設(shè)計自由的高彈性纖維、皮革制品。除了用于女性的內(nèi)衣、連褲襪和襪子以外，其驚人的伸展性能在滑雪衫、游泳衣中得到盡情發(fā)揮。此外，在滑雪板、帆船等體育用品當(dāng)中，具有優(yōu)良的耐磨損性和耐氣候性的聚氨酯涂料得到利用；滑雪板、沖浪板等采用輕質(zhì)、耐磨損性優(yōu)良的硬質(zhì)泡沫作芯材；運動鞋的鞋底中也采用了彈性和耐磨損性卓越的彈性體。

2、生活用品

在家居中，運用聚氨酯的產(chǎn)品為我們創(chuàng)造了舒適的生活環(huán)境。聚氨酯涂料為家具、鋼琴等樂器的表面涂上美麗的光澤，并起到堅固的保護(hù)作用。軟質(zhì)泡沫被廣泛用于座墊材料，并且還被應(yīng)用于健康被褥當(dāng)中，分散給人體帶來的壓力。在廚房里，硬質(zhì)泡沫用于電冰箱等的絕熱材料，與塑料薄膜的粘合性能良好的聚氨酯樹脂被應(yīng)用于食品包裝用粘合劑。此外，在凈水器的密封材料、紙尿布及衛(wèi)生巾等產(chǎn)品方面，對人體無害的彈性體也不斷擴大其用途。在我們的生活當(dāng)中，聚氨酯人工皮革、合成皮革、發(fā)泡體被應(yīng)用于箱包和鞋類，以其自然的手感和耐用性博得好評。

3、電子產(chǎn)品

促進(jìn)電子工業(yè)的發(fā)展是聚氨酯的使命。具有優(yōu)良的耐磨損性及附著性的聚氨酯粘合劑被利用于錄音帶、錄像帶、電腦用磁盤、充值卡及電子車票當(dāng)中，作為各種記錄媒體磁性粘結(jié)劑，提高了記錄密度。此外，作為絕緣密封材料，清漆被用于聚氨酯漆包線當(dāng)中，紫外線固化（UV）型聚氨酯橡膠在光纖電纜中得到利用。近年來，聚氨酯粘合劑被應(yīng)用于手機的印刷電路當(dāng)中，針對時代的需求，應(yīng)用開發(fā)方面的研究正得到長足進(jìn)展。

4、醫(yī)療機械

聚氨酯為醫(yī)療的進(jìn)步也作出了貢獻(xiàn)。聚氨酯彈性體因其特殊結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的人體適應(yīng)性、粘合性和抗血栓性，被作為最佳密封材料用來固定人工腎臟的中空細(xì)絲束。目前，進(jìn)一步改良抗血栓性和人體適應(yīng)性，將其應(yīng)用于人工心臟和人工皮膚的研究開發(fā)工作也非常活躍。

5、汽車等運輸工具

汽車工業(yè)要求未來的汽車具有舒適的居住性能、安全性能，并且能提高燃耗，保護(hù)環(huán)境，而這些性能均離不開聚氨酯。各種聚氨酯被廣泛應(yīng)用于汽車的方方面面，除了具有隔熱隔音效果的車頂材料、保證舒適駕駛的汽車座墊、隔絕噪音和震動，保持安靜空間的車底材料和密封材料等以外，在儀表板、車門內(nèi)飾、前圍板、座椅靠背、擋泥板、減沖吸收劑、油封、不爆輪胎、涂料中也發(fā)揮著功用。此外，利用聚氨酯制成的輪胎防滑鏈具有結(jié)實耐用，耐磨損性良好，同時又不傷地面的特點，受到眾人矚目。聚氨酯涂料具有優(yōu)良的耐久性和耐氣候性，被應(yīng)用于自行車、摩托車、輕軌電車、新干線及船舶等中。

6、建筑土木

在建筑、土木領(lǐng)域中，聚氨酯的特性也得到了充分發(fā)揮。在住宅方面，硬質(zhì)泡沫作為最佳絕熱材料被利用在墻壁、地板和屋頂?shù)确矫?，大幅度地減少了冷暖氣的供應(yīng)負(fù)擔(dān)，順應(yīng)節(jié)能要求。聚氨酯涂料擁有優(yōu)良的耐氣候性，適用于住宅裝修用外墻涂料。利用其防水性、耐藥性及適當(dāng)?shù)膹椥?，作為醫(yī)院、體育館等建筑的地面涂料、高層建筑及橋墩等的防銹涂料、枕木與鐵軌之間的緩沖材料、建筑物屋頂?shù)姆浪芊獠牧?、以及木質(zhì)裝配式房屋軀體用粘合劑得到廣泛應(yīng)用，此外，還應(yīng)用于全天候型跑道和高爾夫球場的施工。

7、工業(yè)用材料

在工業(yè)用材料方面的應(yīng)用也是聚氨酯不可忽視的一個側(cè)面。例如，彈性體通過進(jìn)行分子設(shè)計獲得最佳耐磨損強度后，可應(yīng)用于復(fù)印機、打印機等辦公機器、造紙、制鐵、電鍍等用滾筒，并被制成各種傳輸帶、軟管、膠片及薄膜材料。加工技術(shù)的開發(fā)也非?；钴S。此外，由于聚氨酯擁有優(yōu)良的絕熱效果和耐久性，被作為LNG油輪及地面儲罐設(shè)施中的絕熱材料及保溫材料使用。聚氨酯粘合劑可用來膠合刨花板及MDF，能避免在住宅中釋放甲醛，受到廣泛矚目。