聚氨酯 是什么

初中化學老師

聚氨酯，是在大分子主鏈中含有氨基甲酸酯基的聚合物稱為聚氨基甲酸酯，簡稱聚氨酯。聚氨酯分為聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯兩大類。聚酯型是以二異氰酸酯和端羥基聚酯為原料制備的聚氨酯。聚醚型聚氨酯是以二異氰酸酯和端羥基聚醚為原料制備的聚氨酯。

合成聚氨酯的原料
合成聚氨酯的主要原料是有機多元異氰酸酯和端羥基化合物。
異氰酸酯
應用于聚氨酯樹脂的有機多元異氰酸酯，按-NCO基團的數目可分為二元異氰酸酯、三元異氰酸酯及聚合型異氰酸酯三大類。其中最重要的是甲苯二異氰酸酯，共有3種規格：
TDI一100：含100%的2，4一甲苯二異氰酸酯。
TDI一80：含80%的2，4一甲苯二異氰酸酯，20%的2，6一甲苯二異氰酸酯。
TDI一65：含65%的2，4一甲苯二異氰酸酯，35%的2，6一甲苯二異氰酸酯。
這3種規格的TDI是由于原料甲苯二胺的制法不同分別制得的。
端羥基化合物
端羥基化合物有兩類，即端羥基聚酯和端羥基聚醚。
①端羥基聚酯二元酸和過量的二元醇經混縮聚反應制得，其相對分子質量為1000~3000的蠟狀或液態低聚物。聚合反應簡式可表示為：



②端羥基聚醚端羥基聚醚是以環氧乙烷、環氧丙烷或四氫呋喃等環氧化合物為單體，用丙二醇、丁二醇、甘油等化合物為起始劑，經離子開環聚合反應制得。
如端羥基聚四氫呋哺的制備：四氫呋喃為五元環單體，環張力較小，聚合活性較低，反應速度較慢，在較強的含氫酸高氯酸催化作用下，用醋酸酐作載體，進行陽離子開環聚合，可以合成相對分子質量為1000~3000的端羥基聚四氫呋喃。
反應簡式可表示為：

聚氨酯合成原理
合成聚氨酯的反應包括初級反應和次級反應。
初級反應
初級反應包括預聚反應和擴鏈反應。
①預聚反應端羥基聚合物和過量的二異氰酸酯通過逐步加成聚合反應生成含有異氰酸基端基-N=C=O的低聚體的反應，反應簡式為：



②擴鏈反應預聚體與含有活潑氫的化合物（如水、胺類和聯苯胺類等化合物）反應生成取代脲基，使相對分子質量增加。擴鏈反應只與預聚體的端基有關，擴鏈反應可表示為：



次級反應
次級反應包括兩種，即生成脲基甲酸酯基的反應和生成縮二脲基的反應。
①生成脲基甲酸酯基的反應體系中存在的過量的-NCO端基和主鏈上的氨基甲酸酯基-NHCOO-反應生成脲基甲酸酯基而交聯：



②生成縮二脲基的反應體系中存在的過量的-N=C=O端基和擴鏈反應中形成的取代脲基-NHCONH-反應，生成縮二脲基而交聯，即



通過次級反應，聚合物的分子結構由線型結構變為體型結構，因此，次級反應也就是固化反應。由于反應條件不同、二異氰酸酯的種類不同、二異氰酸酯與端羥基化合物的比例不同、端羥基化合物的種類、端羥基化合物的相對分子質量不同，聚氨酯的結構有很大差別。
因此，聚氨酯的結構也很難用一個確切的結構式表示。但其大分子結構中必定有異氰酸酯端基、酯基或醚鍵、氨基甲酸酯基、取代脲基、脲基甲酸酯基和縮二脲基。

聚氨酯的性能及應用
由于聚氨酯大分子中含有的基團都是強極性基團，而且大分子中還含有聚醚或聚酯柔性鏈段，使得聚氨酯具有以下特點：
①較高的機械強度和氧化穩定性；
②具有較高的柔曲性和回彈性；
③具有優良的耐油性、耐溶劑性、耐水性和耐火性。
由于聚氨酯具有很多優異的性能，所以其具有廣泛的用途。
聚氨酯主要用作聚氨酯合成革、聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯粘合劑、聚氨酯橡膠（彈性體）和聚氨酯纖維等。此外，聚氨酯還用于土建、地址鉆探，采礦和石油工程中，起堵水、穩固建筑物或路基的作用；作為鋪面材料，用于運動場的跑道、建筑物的室內地板等。

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聚氨酯材料是目前國際上性能最好的保溫材料。主鏈含—NHCOO—重復結構單元的一類聚合物 。英文縮寫PU。由異氰酸酯（單體）與羥基化合物聚合而成。由于含強極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得適應較寬溫度范圍 （－50～150℃） 的材料 ，包括彈性體、熱塑性樹脂和熱固性樹脂。高溫下不耐水解，亦不耐堿性介質。
常用的單體如甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯等。多元醇分3類：簡單多元醇（乙二醇、丙三醇等） ；含末端羥基的聚酯低聚物，用來制備聚酯型聚氨酯；含末端羥基的聚醚低聚物，用來制備聚醚型聚氨酯。聚合方法隨材料性質而不同。合成彈性體時先制備低分子量二元醇，再與過量芳香族或者脂肪族異氰酸酯反應，生成異氰酸根（-NCO）為端基的預聚物，再同多元醇擴鏈，得到熱塑彈性體；若用二元胺擴鏈并進一步交聯，得到澆鑄型彈性體。預聚物用肼或二元胺擴鏈，得到彈性纖維；異氰酸酯過量較多的預聚體與催化劑、發泡劑混合，可直接得到硬質泡沫塑料。如將單體、聚醚、水、催化劑等混合，一步反應即可得到軟質泡沫塑料。單體與多元醇在溶液中反應，可得到涂料；膠粘劑則以多異氰酸酯單體和低分子量聚酯或聚醚在使用時混合并進行反應。
聚氨酯彈性體用作滾筒、傳送帶、軟管、汽車零件、鞋底、合成皮革、電線電纜和醫用人工臟器等；軟質泡沫體用于車輛、居室 、服裝的襯墊 ，硬質泡沫體用作隔熱 、吸音、包裝、絕緣以及低發泡合成木材，涂料用于高級車輛、家具、木和金屬防護，水池水壩和建筑防滲漏材料，以及織物涂層等。膠粘劑對金屬、玻璃、陶瓷、皮革、纖維等都有良好的粘著力。此外聚氨酯還可制成乳液、磁性材料等。