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聚氨酯简介----中国科学院
时间: 2020-08-04 11:50     作者: pg电子官网

  聚氨酯(polyurethane,PU)是聚氨基甲酸酯的简称,由多异氰酸酯和多羟基聚合物加聚而成,是在高分子主链上含有许多重复的氨基甲酸酯链段(-NHCOO-)的高分子化合物。1937年,德国人Otto Bayer采用异氰酸酯与多元醇反应制备出聚氨酯材料。之后聚氨酯材料以其优异的性能引起全世界的关注,得到迅速发展。1941~1942年德国开始聚氨酯的工业化生产,并开发出弹性体、泡沫、涂料、胶黏剂等产品。之后不久,德国BASF、美国Du Pont、日本聚氨酯等公司也陆续开始进行聚氨酯的开发和生产。我国聚氨酯的研究开发始于新中国成立后,山西省化工研究所、洛阳黎明研究院及江苏省化工所是国内最早从事聚氨酯及其相关原料研究的单位。国内聚氨酯在改革开放后得到迅猛发展:异氰酸酯、多元醇及助剂的合成完成工业生产,系列聚氨酯制品的生产和应用逐年扩大。目前国内聚氨酯产品的年产量超过600万吨,约占全球的1/3。

  聚氨酯的迅猛发展得益于材料的优异性能,如耐磨、高机械强度、高弹性、耐老化、耐腐蚀等等。这些优异性能与聚氨酯材料的分子结构密切相关:聚氨酯分子主链是由柔性的长链多元醇和刚性的异氰酸酯嵌段而成的,可以有效分散应力作用,极性和非极性链段的共存也提高了聚氨酯的化学稳定性,同时聚合物内广泛存在的氢键作用,也进一步提高了材料的机械性能。另外,异氰酸酯的-NCO基团非常活泼,可以和醇、水、有机胺等迅速反应,材料的加工性能良好。通过反应条件和催化剂的控制,可以得到不同硬度、不同结构的多种聚氨酯产品,如类似橡胶或塑料的弹性体、开孔结构的海绵、闭孔结构的硬质泡沫、黏合剂、涂料、密封剂等,在国民生产生活的各个领域得到广泛应用。

  泡沫材料是聚氨酯制品中产量最大的一类,包括硬质泡沫和软质泡沫两类。硬质泡沫主要用于保温和填充领域,例如管道保温、建筑外墙保温、冰箱保温层等;作为填充材料时可用于防水堵漏,煤矿等采空区的充填等。软质泡沫主要用于汽车、家具等,如沙发用海绵,汽车座椅填充物等。

  聚氨酯涂料具有强的黏合性,涂膜具有优良的耐磨性、耐水性及耐药品性等,主要用于家具、建材和工业印刷油墨等。由于聚氨酯优异的柔韧性、机械强度和耐受性,作为内墙涂料具有防水、耐刮擦、抗干裂等优点。最近,水性聚氨酯内墙涂料已得到广泛应用,施工过程中无异味,安全环保,成为备受关注的高档涂料。另外,由聚醚多元醇制得的聚氨酯耐水性突出,也广泛用于设备防腐,如舰船壳体、管道内壁等。聚氨酯涂敷在织物上可改善其渗透性,起到防风防雨的作用,在冲锋衣类服装上多有应用。

  聚氨酯材料具有很强的极性,使得它能够与大多数材料牢固地结合,可作为粘合剂用于粘接领域。通过调节异氰酸酯和多元醇的配比可以对固化物性能进行调节,使其达到对基材的高度黏合性、优良的耐水性、耐油性以及耐化学药品性。聚氨酯胶黏剂主要用于包装、建筑、木材、汽车、制鞋等行业。以前溶剂型聚氨酯粘合剂使用比较普遍,近年来,随着绿色化学理念的深入,水性聚氨酯粘合剂得到长足发展,在家具、制鞋行业应用颇多。

  聚氨酯弹性体是一类兼具橡胶和塑料性能的材料,具有很好的抗拉强度、抗撕裂强度、耐冲击性、耐磨性、耐候性、耐水解性、耐油性等优点。主要用作结构材料(如软管、垫圈、轮带、辊筒、齿轮、管道等)、绝缘体、鞋底以及实心轮胎等方面。如作为矿用筛板,比传统的金属筛板噪音低、透过性高、耐磨损等。另外,聚氨酯具有优良的生物相容性,作为生物医用材料,可用于心脏起搏器、人造血管、人造骨骼等。

  由于聚氨酯的优异性能,其产量和品种也在逐年增长,已成为第五大聚合物材料。随着科技的发展和社会需求的增长,相信会有更多优异性能的聚氨酯产品展现在世人面前。

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