聚氨酯化学
聚氨酯及其特点
聚氨酯及其特点聚氨酯及其特点00聚氨酯及其特点1．聚氨酯聚氨酯是一类含有重复的氨基甲酸酯链段的高分子化合物。
应当注意的是，它是一大类聚合物的统称。
它是由含有-NCO基团的异氰酸酯与含有活泼氢的化合物反应的产物。
利用这类反应可以得到的产品有聚氨酯软泡(俗称海绵)、硬泡、弹性体、微孔泡沫、自结皮泡沫、黏合剂、涂料、纤维等。
这些产品的应用领域涉足工业、农业、日常生活、国防等国民经济及军事等各领域。
就其应用的广泛程度及其应用的跨度而言，几乎没有另外一种合成材料能与之相提并论。
这些都离不开其独特的制造方法和优异的物理性能以及合理的经济指标，这对于其迅速的发展速度起到极大地推动作用。
我国的聚氨酯工业虽然比较发达国家而言，起步很晚，但是增长速度之快已经令世界震惊。
在近20年间，其平均增长速度超过了12％，有的品种则达到了20％以上。
在建筑行业的应用也取得了惊人的进展，尤其是在建筑的保温方面，近年来已成为了重要的并广为人知的材料。
2．聚氨酯泡沫--其应用如何氨酯泡沫是聚氨酯大类中，最为重要的子项之一，也是聚氨酯中最主要的品种。
聚氨酯泡沫又可分作诸多子项，但一般分作硬质泡沫(简称"硬泡")，软质泡沫(简称"软泡")和半硬质泡沫。
其中硬泡是建筑领域最为重要的一种材料，它是一种具有一定刚性的泡沫塑料严品，其主要用于保温、充填和隔声等。
在保温方面的应用有：冰箱、热水器、太阳能、水箱、建筑屋面、冷库、活动板房、冷藏车、保温集装箱、粮库保温、啤酒罐体及桶类、城市集中供热管道、化工管、罐类、船舶等。
在充填方面的应用有：防盗门及车库门内夹层的充填，建筑物穿壁管、线的封堵，雷达天线罩，矿井封闭，隧道的防水渗透及顶板加固材料等。
用于隔声方面有：大型建'筑物，如会议厅、游泳馆，剧场等天花板，机车顶部的吸声等。
软．泡是一类柔性聚氨酯泡沫、其品种主要有大块软泡(俗称"海绵")、高回弹软泡、自结皮泡沫以及热模塑软泡。
聚氨酯 熔点
聚氨酯熔点聚氨酯是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用领域。
了解聚氨酯的性质和特点对于其应用和加工过程至关重要。
其中一个重要的性质就是其熔点。
1. 什么是聚氨酯？聚氨酯是一类由异氰酸酯（或多元醇）与多元胺反应制得的高分子化合物，它具有非常丰富的结构和性能。
聚氨酯可以根据不同的原料组合和反应条件得到不同类型的产品，如泡沫、弹性体、涂料、粘合剂等。
2. 聚氨酯的熔点聚氨酯是一种热塑性高分子材料，其熔点取决于其化学结构和成分。
在一般情况下，聚氨酯的熔点范围在-30°C到120°C之间。
由于聚氨酯可通过不同原料组合而成，因此存在许多不同类型的聚氨酯，它们具有不同的熔点范围。
例如，硬质聚氨酯的熔点通常较高，可达到100°C以上，而软质聚氨酯的熔点较低，通常在-30°C至70°C之间。
3. 影响聚氨酯熔点的因素聚氨酯的熔点受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：3.1 聚氨酯化学结构不同类型的聚氨酯具有不同的化学结构，其分子链长度、分支度和交联程度等因素会对熔点产生影响。
一般来说，分子链长度较长、分支度和交联程度较高的聚氨酯具有较高的熔点。
3.2 原料组成聚氨酯是由异氰酸酯和多元胺反应得到的，在反应中使用不同类型和比例的原料会对最终产品的性质产生影响。
例如，使用低分子量的异氰酸酯和多元胺可能会导致较低的熔点。
3.3 添加剂在聚氨酯加工过程中，可以添加各种添加剂来改善其性能。
这些添加剂可能会对聚氨酯的熔点产生影响。
例如，添加塑化剂可能会降低聚氨酯的熔点。
3.4 结晶性聚氨酯可以是非晶态或部分结晶态。
非晶态聚氨酯通常具有较低的熔点，而结晶态聚氨酯具有较高的熔点。
结晶性受到原料组成、加工条件和添加剂等因素的影响。
4. 聚氨酯熔点的应用了解聚氨酯的熔点对于其应用和加工过程非常重要。
根据不同类型和熔点范围的聚氨酯，可以选择适合不同应用需求的材料。
高熔点的聚氨酯通常用于需要耐高温性能的应用，如汽车零部件、电子器件封装等。
聚氨酯化学与工艺5化学
聚氨酯化学与工艺5化学聚氨酯化学与工艺5化学聚氨酯（PU）是一种由异氰酸酯和羟基化合物反应生成的弹性材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
在聚氨酯的合成过程中，化学反应起着至关重要的作用，而工艺参数的控制也对产品的性能产生重要影响。
本文将探讨聚氨酯化学与工艺之间的联系，并介绍聚氨酯合成中的一些重要化学反应和工艺参数。
一、聚氨酯的合成化学聚氨酯的合成化学主要涉及异氰酸酯和羟基化合物的反应。
其中，异氰酸酯是主要的反应性化合物，可以通过与多个羟基化合物反应生成聚氨酯。
在合成过程中，异氰酸酯与羟基化合物的比例、反应温度和时间等工艺参数对聚氨酯的性能产生重要影响。
二、聚氨酯的合成工艺在聚氨酯的合成过程中，工艺参数的控制至关重要。
以下是一些重要的工艺参数：1、异氰酸酯与羟基化合物的比例：这个比例对聚氨酯的性能有显著影响。
通常，较高的异氰酸酯含量会导致较高的硬度和强度，但也会降低弹性。
相反，较高的羟基化合物含量会使聚氨酯更柔软，更具弹性。
2、反应温度：反应温度对聚氨酯的性能也有显著影响。
较高的温度可以加速反应，缩短合成时间，但也可能导致聚氨酯分子量的降低。
相反，较低的温度可能会减缓反应速度，但可以获得更高的分子量。
3、反应时间：反应时间对聚氨酯的性能也有重要影响。
较长的反应时间可以获得更高的分子量，但也可能导致聚氨酯分子链的交联。
相反，较短的反应时间可能会获得较低的分子量，但可以避免交联。
此外，其他重要的工艺参数包括溶剂的选择、催化剂的使用和封端剂的添加等。
这些参数对聚氨酯的性能和加工过程都有显著影响，需要在合成过程中进行精确控制。
三、结论聚氨酯的化学与工艺之间存在着密切的联系。
化学反应是聚氨酯合成的基础，而工艺参数的控制则直接影响到聚氨酯产品的性能和质量。
了解聚氨酯的合成化学和掌握重要的工艺参数对于合成高性能、高质量的聚氨酯材料至关重要。
通过深入研究和掌握聚氨酯的化学与工艺，我们可以进一步优化聚氨酯的合成过程，提高产品的性能和质量，同时降低生产成本。
聚氨酯的化学原理
聚氨酯的化学原理聚氨酯实际上是各种不同类型的异氰酸酯与含活性氢化合物生成的加聚物;因此,聚氨酯胶粘剂在制备与固化过程式中,都要发生异氰酸酯与活化氢化合物的反应,所以聚氨酯化学是异氰酸酯的反应为基本原理;一、异氰酸酯的化学反应1、异氰酸酯与羟基的反应异氰酸酯能与醇、多元醇、聚醚、聚酯等含羟基化合物的活性氢反应,生成氨基甲酸酯;这类反应是聚氨酯胶粘剂合成与固化的基本反应;在些类反应中空间位阻对反应影响很大,异氰酸酯与伯羟基的反应十分迅速,比仲羟基快3倍,比叔羟基快200倍;2、异氰酸酯与水的反应;异氰酸酯与水的反应首先生成不稳定的氨基甲酸,然后分解成二氧化碳和胺;如果异氰酸酯过量,可继续反应生成取代脲反应如下：R—NCO + H2O → R—NHCOOH → R—NH2 + CO2R—NCO + RNH2 → R—NHCONH—R单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂就是利用上述反应进行固化,而对于双组分聚氨酯胶粘剂在潮湿环境中粘接,胶层容易产生气泡,粘接强度可降低10%~20%3、异氰酸酯与胺基的反应异氰酸酯与胺基的反应生成脲,由于伯胺反应活性太大,在聚氨酯胶粘剂中常用活性较小的芳香二胺如MOCA等,作为异氰酸酯基封端预聚体的固化剂;4、异氰酸酯与羧基的反应异氰酸酯与羧基的反应的活性低于伯羟基或水,首先反应生成酸酐,然后分解成酰胺和二氧化碳这对粘接不利;若在异氰酸酯和羧酸二者之中仅其一是芳香族的它们在室温下反应时则主要生成酸酐、脲和二氧化碳;5、异氰酸酯与脲的反应;异氰酸酯与取代脲的反应生成缩二脲聚氨酯胶粘剂在较高温度>1000C下可产生支化或交联、能提高粘接强度;6、异氰酸酯与酚的反应;异氰酸酯与酚的反应要比与羟基的反应迟缓,即使在50~700C下其反应速度也很慢;然而可用叔胺或氯化铝催化反应速度;为个反应有催化剂存在且较高温度下为可逆反应,可用于制备封闭型异氰酸酯胶粘剂;7、异氰酸酯与酰胺的反应异氰酸酯与酰胺的反应活性很低,仅在1000C时才有一定的反应速度,并且生成酰基脲;8、异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应活性比脲低,只有在高温120~1400C或者在有选择性催化剂作用下,异氰酸酯与氨基甲酸酯才有足够的反应速度,并经聚合反应生成脲基甲酸酯;9、异氰酸酯的二聚反应芳香族异氰酸酯彼此作用聚合二聚体；二聚体反应是一个可逆的反应,在高温下可解聚成原来的异氰酸酯,利用这个反应可制成室温稳定而高温固化的聚氨酯胶粘剂;MDI和TDI在室温下如果没有催化剂存在,很难生成二聚体,可用三烷基膦和叔胺如吡啶催化二聚反应;10、异氰酸酯的三聚反应异氰酸酯在有醋酸钙、醋酸钠、甲酸钠、三乙胺以及某些金属化合物等催化剂存在下可以发生环化反应,生成稳定的三聚体—异氰脲酸酯;反应是不可逆的,在150~2000C时仍有很好的稳定性,可以利用异氰酸酯的三聚反应引入支链和环型结构,提高聚氨酯胶粘剂的耐热性和耐化学介质性;11、异氰酸酯的缩聚反应在氧化膦催化剂存在下,即合温度较低,二异氰酸酯经缩聚反应可生成碳化二来胺,并放出二氧化碳;此反应可用于制备MDI为基础的碳化二亚胺,可制得液化MDI;碳化二来胺是聚酯型聚氨酯的一种很好的水解稳定剂,由于聚酯型聚氨酯存在着游离羧酸,客观存在是使聚氨酯加速水解的促进剂,而碳化二亚胺很容易与这种游离羧酸反应,并生成稳定的酰脲,从而提高了聚氨酯胶粘剂的耐水性;二、异氰酸酯的溶解渗透性异氰酸酯能溶于很多有机溶剂,而且异氰酸酯分子体积小,容易扩散渗入到被粘物中,从而提高粘合力三、形成氢键增大粘合力多异氰酸酯与聚酯或醚多元醇反应生成的聚氨酯具有很强的极性,其中的氨酯、脲、酯、醚等基团能形成氢健,对多种表面都有良好的湿润性,产生很大的粘合力;四、聚氨酯结构对性能的影响聚氨酯是由软链段和硬链段组成的嵌段共聚物;软链段为聚酯醚多元醇组成,硬链段为多异氰酸酯或其与低分子扩链剂组成;由于两种链段的热力学不相容性,则产生微观相分离的两相结构,而表现出独特的粘弹行为;聚氨酯的硬段起增加作用,软段则贡献柔韧性;聚氨酯的优异性能主要是微相区形成的结果,而不完全是因硬段与软段之间的氢键所致;由于酯基的极性大,内聚能高,分子作用力大,因此聚酯型聚氨酯比聚氨酯具有较高的强度和硬度;又因醚键较易内旋转,柔顺性较好,致使聚醚型聚氨酯低温性能极好;酯基比醚键易水解,故聚醚型聚氨酯比聚酯型耐水解性能好;。
聚氨酯的化学原理
聚氨酯的化学原理聚氨酯实际上就是各种不同类型的异氰酸酯与含活性氢化合物生成的加聚物。
因此,聚氨酯胶粘剂在制备与固化过程式中,都要发生异氰酸酯与活化氢化合物的反应,所以聚氨酯化学就是异氰酸酯的反应为基本原理。
一)、异氰酸酯的化学反应1、异氰酸酯与羟基的反应异氰酸酯能与醇、多元醇、聚醚、聚酯等含羟基化合物的活性氢反应,生成氨基甲酸酯。
这类反应就是聚氨酯胶粘剂合成与固化的基本反应。
在些类反应中空间位阻对反应影响很大,异氰酸酯与伯羟基的反应十分迅速,比仲羟基快3倍,比叔羟基快200倍。
2、异氰酸酯与水的反应。
异氰酸酯与水的反应首先生成不稳定的氨基甲酸,然后分解成二氧化碳与胺。
如果异氰酸酯过量,可继续反应生成取代脲反应如下:R—NCO + H2O → R—NHCOOH → R—NH2 + CO2R—NCO + RNH2 → R—NHCONH—R单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂就就是利用上述反应进行固化,而对于双组分聚氨酯胶粘剂在潮湿环境中粘接,胶层容易产生气泡,粘接强度可降低10%~20%3、异氰酸酯与胺基的反应异氰酸酯与胺基的反应生成脲,由于伯胺反应活性太大,在聚氨酯胶粘剂中常用活性较小的芳香二胺如MOCA等,作为异氰酸酯基封端预聚体的固化剂。
4、异氰酸酯与羧基的反应异氰酸酯与羧基的反应的活性低于伯羟基或水,首先反应生成酸酐,然后分解成酰胺与二氧化碳这对粘接不利。
若在异氰酸酯与羧酸二者之中仅其一就是芳香族的它们在室温下反应时则主要生成酸酐、脲与二氧化碳。
5、异氰酸酯与脲的反应。
异氰酸酯与取代脲的反应生成缩二脲聚氨酯胶粘剂在较高温度(>1000C)下可产生支化或交联、能提高粘接强度。
6、异氰酸酯与酚的反应。
异氰酸酯与酚的反应要比与羟基的反应迟缓,即使在50~700C下其反应速度也很慢。
然而可用叔胺或氯化铝催化反应速度。
为个反应有催化剂存在且较高温度下为可逆反应,可用于制备封闭型异氰酸酯胶粘剂。
7、异氰酸酯与酰胺的反应异氰酸酯与酰胺的反应活性很低,仅在1000C时才有一定的反应速度,并且生成酰基脲。
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯 ,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。
它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。
目前聚氨酯泡沫塑料应用广泛。
聚氨酯弹性体可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性，具有“耐磨橡胶”之称。
聚氨酯弹性体在聚氨酯产品中产量虽小，但聚氨酯弹性体具有优异的综合性能，已广泛用于冶金、石油、汽车、选矿、水利、纺织、印刷、医疗、体育、粮食加工、建筑等工业部门。
PU是聚氨酯，PU皮就是聚氨酯成份的表皮.现在服装厂家广泛用此种材料生产服装，俗称仿皮服装.PU 是英文polyurethane的缩写，化学中文名称聚氨酯其质量也有好坏，好的包包多采用进口PU 革聚氨酯复合板聚氨酯复合板也称PU夹芯板。
聚氨酯为芯材的复合板由上下层彩钢板加中间发泡聚氨酯组成，采用世界上先进的六组份在线自动操作混合浇注技术，可在线一次性完成社会配料中心或工厂的配比混合工艺，并可根据温度在线随意调整，从而生产出与众不同的高强度、节能型、绿色环保的建筑板材。
由于其防火防潮性能好，也常用于其它材料复合板的封边芯材，聚氨酯封边复合板采用高品质彩色涂层钢板为面材，连续岩棉、玻璃丝棉为芯材，高密度硬质发泡聚氨酯为企口填充，经过高压发泡固化，自动密实布棉并由超长双覆带控制成型复合而成，与传统挂棉维护材料相比，防火、保温效果更佳，性能更持久，安装便捷、外观雅致。
是钢建筑维护材料的领先者。
一般用于建筑物的屋面外层板，该板具有良好的保温、隔热、隔音效果，并且聚氨酯不助燃，符合消防安全。
上下板加聚氨酯的共同作用，具有很高的强度和刚度，下层板光滑平整，线条明朗，增加室内美观度、平整度。
安装方便，工期短，美观，是一种新型的建筑材料。
本夹芯板具有轻质、美观和良好的防腐蚀性能，又可直接加工，它给建筑业、造船业、车辆制造业、家具行业、电气行业等提供了一种新型原材料，起到了以钢代木、高效施工、节约能源、防止污染等良好效果。
聚氨酯(PU)
生活中的重要的塑料
汇报人：
聚氨酯
1. 2.
物质及合成介绍
研究历史 具体应用 未来发展方向
3. 4.
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物质及合成介绍
研究历史 具体应用 未来发展方向
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聚氨酯小资料
简介：聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯 (Polyurethane)，是主链上含有重复氨 基甲酸酯基团 (-NHCOO )的大分子化 合物的统称。它是由有机二异氰酸酯 或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合 物通过逐步聚合形成。 英文名：Polyurethane 英文简称：PU 分 子 式：通式可以是 -[-O-CONH-]n-
发光聚氨酯
用长余辉发光颜料碱土铝酸盐体系[CaA12O4:Eu, Nd (发射蓝紫光)]、[Sr4Al34O25:E u ,Dy(发射蓝绿光)]、 [SrA1204:Eu ,Dy (发射黄绿光)]、PU树脂为基料研究出的 聚氨酯发光膜, 经过各项性能检测及客户的试用, 制作出的发 光膜柔软、韧性好、发光亮度高, 余辉时间长的特点, 完全可 以满足客户的需求。
【形形色色的功能性聚氨酯材料】
医用聚氨酯
因聚氨酯具有优异的机械性能和良好的生物相容性, 在生物医 学领域中占有相当重要的地位。目前应用于生物医学领域中的 有聚氨酯水凝胶、聚氨酯弹性体、聚氨酯胶粘剂和聚氨酯泡沫
等。 广泛应用于植入生物体的医用聚氨酯产品有人造器官,
如人工瓣膜、人工心脏、人工心脏辅助装置、人工血管、人工 导管、人工关节、人工软骨及人工输尿管等。
软段：大分子多元基团 异氰酸酯 硬段： 小分子醇、胺
硬段 软段
预聚
扩链 交联
如果对聚氨酯预聚体的分子量有较高的要 求，如弹性纤维和橡胶，还可以用二元醇、 二元胺或肼迚行扩链。
聚氨酯是什么材料
聚氨酯是什么材料
聚氨酯（Polyurethane）是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用领域，包括建筑、汽车、家具、鞋材、服装、涂料、胶粘剂等。
它的独特性能使得它成为当今工业中不可或缺的材料之一。
首先，我们来了解一下聚氨酯的基本结构。
聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇通过化学反应制得的聚合物。
这种材料的特点是由于其分子链中含有酯键和脲键，使得其具有优异的耐磨性、耐油性、耐溶剂性和耐氧化性。
这些性能使得聚氨酯在各种应用中都能发挥重要作用。
其次，聚氨酯的物理性能也非常出色。
它具有优异的弹性、韧性和耐磨性，因此在制作弹性材料、缓冲材料和密封材料时得到广泛应用。
此外，聚氨酯还具有较好的耐候性和耐老化性能，能够在恶劣环境下长期稳定使用。
除此之外，聚氨酯还具有良好的加工性能。
它可以通过注塑、挤出、压延等多种工艺加工成型，制成各种形状的制品。
而且，聚氨酯可以与其他材料（如金属、塑料、橡胶等）复合使用，以满足不同领域的需求。
在建筑领域，聚氨酯被广泛应用于保温材料、密封材料和结构胶。
由于其优异的绝热性能和粘接性能，使得建筑结构更加牢固、耐久。
在汽车领域，聚氨酯被用于制作汽车座椅、缓冲材料、车身覆盖件等，提高了汽车的舒适性和安全性。
总的来说，聚氨酯作为一种重要的高分子材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和创新，相信聚氨酯在未来会有更广阔的发展空间，为人类生活带来更多便利和舒适。
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聚氨酯英语:Polyurethane缩写为PU是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子。
这种高分子材料广泛用于黏合剂涂层低速轮胎垫圈车垫等工业领域。
在日常生活领域聚氨酯被用来制造各种泡沫和塑料海绵。
聚氨酯还被用于制造避孕套对橡胶避孕套过敏的人适用和医用器材。
目录隐藏1研究开发的历史2合成 2.1原材料 2.1.1异氰酸酯2.1.2多元醇2.1.3扩链剂和交联剂2.1.4催化剂2.1.5表面活性剂3性质3.1化学性质3.2物理性质4生产与应用5回收编辑研究开发的历史聚氨酯的研究开发最初是由OttoBayer和他的同事合作于1937年在德国勒沃库森的I.G.Farben实验室开始的。
他们通过实验应用加成聚合原理利用液态异氰酸酯和液态聚醚或二醇聚酯生成一种有别于当时已发现的聚烯烃和缩聚生成塑料的新型塑料---聚氨酯。
新的单体混合物也不同于WallaceCarothers已取得的对于聚酯的专利。
起初应用仅限于纤维和软质泡沫。
随后其发展受二次世界大战影响期间PU只小范围用于航空座椅直到1952年异氰酸酯才开始可以通过商业途径购买到。
1954年开始使用甲苯二异氰酸酯TDI和聚脂多元醇生产用于商业用图的软质聚氨酯泡沫。
这种泡沫起初被发明者称作仿制的瑞士奶酪的发明归功于把水加入到反应体系当中这些物质也用来生产硬质泡沫粘胶和弹性体。
线性纤维是由六亚甲基二异氰酸酯HDI和14-丁二醇BDO反应生成的。
第一种商业生产的聚醚多元醇聚四亚甲基醚乙二醇是由杜邦于1956年用四氢呋喃聚合生成的。
BASF和陶氏在随后的1957年推出比较便宜的聚烷烃二元醇.这些聚醚多元醇表现出了技术和商业上的优势如:低成本易处理优异的水解稳定性而且在制备聚氨酯时可以快速取代聚酯多元醇。
聚氨酯简介介绍
02
聚氨酯的制备与性质
聚氨酯的制备方法
聚合反应法
通过多元醇与异氰酸酯的聚合反应制备聚氨酯。这种方法常用的是聚酯多元醇 和聚醚多元醇与二异氰酸酯进行反应。
预聚体法
首先使多元醇与过量的二异氰酸酯反应，生成含有异氰酸酯基团的预聚体，然 后再加入扩链剂进行反应。这种方法可以改善聚氨酯的性能和加工性。
聚氨酯的物理性质聚氨酯在Βιβλιοθήκη 来市场中的潜力新能源汽车市场
随着新能源汽车市场的快速发展，聚氨酯作为一种轻质、 高强度的材料，在电动汽车的电池包、座椅、内饰等方面 有广泛的应用前景。
建筑节能市场
聚氨酯在建筑节能领域也有很大的应用潜力，如聚氨酯保 温材料、聚氨酯隔热窗框等，能够提高建筑的保温性能和 节能效果。
高端装备制造
复原状。
耐温性
该材料在广泛的温度范围内都能 保持良好的弹性和性能。
耐油性
弹性聚氨酯对油脂和燃料具有良 好的抗性，使其在汽车、航空航
天等领域得到广泛应用。
04
聚氨酯的应用领域与市场前景
聚氨酯的应用领域与市场前景
• 聚氨酯是一种具有多种优异性能的高分子材料，广泛应用于众多领域。以下将对其应用领域及市场前景进行简要介绍。
软质聚氨酯
柔韧性
软质聚氨酯具有优异的柔 韧性和弹性，能够很好地 适应各种形状和弯曲。
吸音性
该材料具有良好的吸音性 能，能够有效地降低噪音 和振动。
舒适性
软质聚氨酯常用于制作座 椅、床垫等，因为其能够 提供舒适的支撑和触感。
弹性聚氨酯
回弹性
弹性聚氨酯具有出色的回弹性， 即使在长时间压缩后也能迅速恢
可降解聚氨酯
通过引入特定结构或添加剂，使聚氨酯在特定环境条件下能够降解 为低毒性或无毒性物质。
聚氨酯化学与工艺
聚氨酯化学与工艺聚氨酯（Polyurethane，简称PU）是一种重要的高分子材料，具有优良的性能和广泛的应用领域。
聚氨酯化学与工艺是指聚氨酯的制备过程以及相关的化学反应机理。
聚氨酯的合成包括两个主要的步骤：聚合和交联。
聚合是通过将异氰酸酯（Isocyanate）与聚醚或聚酯等含有活性氢原子的化合物反应而形成的。
异氰酸酯通常是聚氨酯合成中的一个非常重要的原料，它具有较低的粘度和较高的反应活性。
而聚醚或聚酯是与异氰酸酯进行聚合反应的活性氢化合物。
在聚合过程中，异氰酸酯与活性氢化合物发生缩合反应，生成酰胺键，形成聚合物链。
同时，反应中还生成一些氨基根离子（Aminus）和氰酸根离子（Cminus），这些离子间的相互作用也起到了交联的作用。
除了聚合反应，还有一些辅助反应也会发生。
例如，异氰酸酯与水反应会生成氨，这被称为水解反应。
水解反应通常会导致气泡、变色、变软等不良现象，因此在聚氨酯制备过程中需要控制水分的含量。
聚氨酯制备的工艺也非常重要。
在工业上，聚氨酯通常是通过批量反应或连续反应来制备的。
在批量反应中，将异氰酸酯和活性氢化合物按一定的配比混合并加热反应，直至反应完成。
而在连续反应中，可以通过连续加入原料及连续取出反应产物的方式来实现聚氨酯的连续制备。
聚氨酯制备过程中需要考虑的一些关键参数包括：原料配比、反应温度、反应时间等。
这些参数的合理控制可以影响聚氨酯的性能和质量。
此外，还可以通过添加填料、增塑剂、稳定剂等来改变聚氨酯的性能和应用范围。
总的来说，聚氨酯化学与工艺是探讨以及研究聚氨酯制备过程中所涉及的化学反应以及工艺参数的学问。
通过深入研究聚氨酯化学与工艺，可以更好地理解聚氨酯的合成机理，并在实际应用中对材料的性能进行调控和优化。
聚氨酯（Polyurethane，简称PU）是一种重要的高分子材料，具有优良的性能和广泛的应用领域。
聚氨酯化学与工艺是指聚氨酯的制备过程以及相关的化学反应机理，通过深入研究聚氨酯化学与工艺，可以更好地理解聚氨酯的合成机理，并在实际应用中对材料的性能进行调控和优化。
聚氨酯(PU)
聚氨酯简介：英文简称：PU，全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团(NHCOO)的大分子化合物的统称。
它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。
聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲,脲基甲酸酯等基团。
聚氨酯弹性体可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性，具有“耐磨橡胶”之称。
按其用途主要分为以下三类：硬质聚醚型塑料理化性质：密度：0.04～0.06g/cm3(25摄氏度)，拉伸强度：0.147MPa，弯曲强度：0.196MPa，导热系数：0.02W/(m.K)。
该制品最大特点是：可根据具体使用要求，通过改变原料的规格、品种和配方，合成所需性能的产品。
该产品质轻（密度可调），比强度大，绝缘和隔音性能优越，电气性能佳，加工工艺性好，耐化学药品，吸水率低，加入阻燃剂，亦可制得自熄性产品。
该材料与聚醚型同一密度的硬泡相比，有较高的拉伸强度和较好的耐油、耐溶剂和耐氧化性能，但聚酯粘度大，操作较困难。
主要用于冷库、冷罐、管道等部门作绝缘保温保冷材料，高层建筑、航空、汽车等部门做结构材料起保温隔音和轻量化的作用。
超低密度的硬泡可做防震包装材料及船体夹层的填充材料。
软质聚醚型塑料理化性质：密度：0.03～0.07g/cm3，拉伸强度：8.83～117kPa，伸长率（%）：150～300。
弯曲强度：0.196MPa，导热系数：0.034～0.041W/(m.K)。
熔点（℃）：170～190。
主要用途不同密度的软泡沫塑料，其主要用途有些差别。
软质聚酯型聚氨酯泡沫塑料（FlexiblePolyesterPolyurethaneFoams）主要用作服装、鞋帽衬里，垫肩和精密仪器的防震包装等。
聚氨酯涂层剂主要优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔，具有透湿和通气性能；耐磨，耐湿，耐干洗。
其不足在于：成本较高；耐气候性差；遇水、热、碱要水解。
聚氨酯主要官能团
聚氨酯主要官能团1. 引言聚氨酯是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用领域。
它由聚合物和氨基甲酸酯组成，其中氨基甲酸酯是聚氨酯的主要官能团。
本文将详细介绍聚氨酯主要官能团的结构、性质以及在不同领域中的应用。
2. 聚氨酯主要官能团的结构聚氨酯的主要官能团是由二异氰酸酯与多元醇反应形成的尿素链和尿素交联体。
其中，二异氰酸酯分子中含有两个异氰基（NCO）基团，而多元醇分子中含有两个或多个羟基（OH）基团。
通过异氰基与羟基之间的加成反应，形成了尿素链和尿素交联体。
3. 聚氨酯主要官能团的性质3.1 物理性质•热稳定性：聚氨酯具有良好的热稳定性，可以在较高温度下保持其结构完整性和力学性能。
•机械性能：聚氨酯具有优异的机械性能，包括高强度、高韧性和耐磨损性。
•透明度：聚氨酯具有良好的透明度，可用于制备透明产品。
•耐化学腐蚀性：聚氨酯对一些溶剂和化学品具有较好的耐腐蚀性。
3.2 化学性质•反应活性：聚氨酯主要官能团中的异氰基（NCO）和羟基（OH）基团具有较高的反应活性，可以与其他官能团进行加成反应，形成交联结构或与其他材料进行粘接。
•水解稳定性：聚氨酯对水分敏感，在潮湿环境中容易发生水解反应而降低其物理和力学性能。
•可溶解性：聚氨酯在一些有机溶剂中具有良好的可溶解性。
4. 聚氨酯主要官能团的应用聚氨酯的主要官能团在各个领域中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用：4.1 聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫是聚氨酯主要官能团的一种重要应用形式。
它具有轻质、隔热、吸音等性质，广泛应用于建筑、家具、汽车等领域。
4.2 聚氨酯涂料和胶粘剂由于聚氨酯主要官能团具有良好的反应活性和可溶解性，聚氨酯涂料和胶粘剂成为了重要的工业材料。
它们可以用于涂装、粘合、密封等多个方面。
4.3 聚氨酯弹性体聚氨酯主要官能团可以通过调整反应条件和配方来控制其硬度和弹性。
因此，聚氨酯弹性体被广泛应用于制作橡胶制品、印刷辊、悬挂系统等领域。
4.4 聚氨酯薄膜聚氨酯薄膜具有良好的透明度、柔韧性和耐磨性，常用于制备保护膜、光学膜和电子器件等。
聚氨酯
产品应用
聚氨酯泡沫塑料应用广泛。软泡沫塑料主要 用于家具及交通工具各种垫材、隔音材料等；硬泡 沫塑料主要用于家用电器隔热层、屋墙面保温防水 喷涂泡沫、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷 库隔热材等；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向 盘等。市场上已有各种规格用途的泡沫塑料组合料( 双组分预混料)，主要用于(冷熟化)高回弹泡沫塑料 、半硬泡沫塑料、浇铸及喷涂硬泡沫塑料等。聚氨 酯弹性体可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强 度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性 ，具有“耐磨橡胶”之称。
高分子聚合物之
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚氨酯
PU
材料化学
下面就各个方面对聚氨酯做一些介绍
• • • • • 基本信息 制备方法 物质性能 产品应用 小结
基本信息
聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基 甲酸酯基团 (NHCOO )的大分子化合物的统称。它是 由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化 合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外， 还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ,脲基甲酸酯等基团。 英文名：polyurethane 分 子 式：通式可以是 -[-O-CONH-]n-
聚氨酯涂层剂是当今发展的主要种类，它的优势在 于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄 的涂层；涂层多孔，具有透湿和通气性能；耐磨， 耐湿，耐干洗。 其不足在于：成本较高；耐气候性 差；遇水、热、碱要水解。人们常见的聚氨酯塑料 多以软、硬泡沫体（硬质聚氨酯泡沫塑料Rigid Polyether Polyurethane Foams和软质聚氨酯泡沫塑料Flexible Polyether Polyurethane Foams）的形式 出现。
小结
聚氨酯是在高分子材料的发展过程出现的一 种新兴材料。高分子材料由于分子量大，分 子链长，使得高分子的链结构对性能的影响 非常大。从聚氨酯的各种性能以及应用便可 以看出，在不同方法下生产出来的同种物质 却会有不同的性质，所以在未来的发展中高 分子材料必定会越来越重要，占据市场的主 流。因此，我要好好学习高分子！
聚氨酯化学资料
聚氨酯分子的微观结构
软段：大分子多元醇
异氰酸酯 硬段 小分子醇、胺
聚氨酯分子的微观结构
一步法 预聚系数 合成工艺
预聚法
预聚粘度 MDI过量法
聚氨酯分子的微观结构
一步法
聚氨酯分子的微观结构
预聚法
多醇+MT
EG+MT
聚氨酯分子的微观结构
MDI过量法
多醇+所有MDI
EG
R-NCO+R1-NH2
R-NHCONHR
脲
R-NCO+R1R2NH
R-NHCONR1R2
取代脲
异氰酸酯化学反应
3、异氰酸酯与水的反应
RNCO+H2O
慢
R-NHCOOH
快
快
RNH2+CO2
RNH2+RNCO 2RNCO+H2O
R-NHCONH-R
脲
RNHCONHR+CO2
1mol(18g)水与1mol二异氰酸酯（TDI174g或MDI250g）生成1mol（22.4L）CO2 空气中的水分及容器壁附着的水分会使NCO含量降低，使预聚体黏度变大甚至凝胶， 产生的CO2还会使容器涨罐。
异氰酸酯化学反应
4、异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应
RNCO + R1-NHCOO-R2
120-140℃
O R1
交联结构
O
R-NH-C-N-C-OR2
异氰酸酯化学反应
自聚反应 二聚：
2ArNCO Ar-N C O
O
C N-Ar
MDI、TDI在室温下可以缓慢产生二聚体，具有邻位取代基的芳香族异氰酸酯， 由于位阻效应，在常温下不能生成二聚体，而MDI由于NCO邻位无取代基， 活性比TDI大，即使无催化剂，室温也有部分单体缓慢自聚成二聚体。
聚氨酯及生产聚氨酯的原料
PU皮与真皮包各有特点，PU皮包外观漂亮，好打理，价格较低，但不耐磨，易破；真皮价格昂贵，打理麻烦，但耐用。
2.所有管件、卫生设备、地漏或排水口等必须安装牢固，接缝严密，收头圆滑，不得有任何松动现象。
3.施工时，传统聚氨酯防水涂料施工时，防水基层应基本呈干燥状态，含水率小于9%为宜，其简单测定方法是将面积为1㎡、厚度为1.5～2.0mm 的橡胶板覆盖在基层面上，放置2～3 小时，如覆盖的基层表面无水印，紧贴基层一侧的橡胶板又无凝结水印，根据经验说明其含水率已小于9%， 符合施工要求。西安雨中情防水材料有限责任公司生产的911型聚氨酯涂料无这项要求，只要基层无明水即可施工。
2.局部增强：对伸缩缝、控制缝、阴阳角、管道缝等处，可由一层加筋布增强，固化后再进行整体防水施工。
1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯，并以此为基础进入工业化应用，英美等国1945～1947年从德国获得聚氨酯树脂的制造技术于1950年相继开始工业化。日本1955年从德国Bayer公司及美国DuPont公司引进聚氨酯工业化生产技术。20世纪50年代末我国聚氨酯工业开始起步，近lO多年发展较快。
工艺流程
基层表面处理→涂聚氨酯底涂料→局部增强→涂刮聚氨酯涂料一、二、三遍→表面保护或修饰
基层要求及处理
1.防水基层应按设计要求用1∶3 的水泥砂浆抹成1/50 的泛水坡度，其表面要抹平压光，不允许有凹凸不平、松动和起砂掉灰等缺陷存在。排水口或地漏部位应低于整个防水层，以便排除积水。有套管的管道部位应高出基层表面20mm 以上。阴阳角部位应做成半径10mm 的小圆角，以便涂料施工。
聚氨酯
◎
预聚体或扩链后的聚合物进行交联, 生成交联结构的聚氨酯。
27
扩链反应 扩链：分子量不高的聚合物, 通过末端活性基团的反应 (或其他方法)使分子相互连结而增大分子量的过程。 相应的反应称为扩链反应。
扩链而生成高聚物。
28
●
用水扩链
O NCO 聚 体
2OCN 预
+
H2O
OCN 取
NH 代
C 脲
(8)价格昂贵。
9
4.2 聚氨酯的合成原理
二异氰酸酯 + 二羟基化合物 线型聚氨酯
二异氰酸酯 + 三羟基 or 四羟基化合物
体型聚氨酯
聚醚 or 聚酯型聚氨酯
二异氰酸酯 + 含游离羟基的低分子聚醚 or 聚酯
10
化学的角度：
● ●
异氰酸酯 + 含活泼氢的化合物 异氰酸酯的自聚
11
4.2.1 异氰酸酯的分子结构与反应机理
◐
◐
二十世纪 50 年代，制造技术获得飞速发展， 开始用于涂料工业
5
◐
二十世纪 50 年代末，我国开始研制 PU 涂料
◐
二十世纪 60 年代，我国开始生产 PU 涂料
6
聚氨酯涂料特点 聚氨酯涂料： 50 余年的历史，品种、产量仍在不断发展。
◎ 用异氰酸酯或其反应产物为原料的涂料 都统称为聚氨酯涂料。
NH 链 节
NCO
+
CO2
●
用二元胺扩链：
O O R' NH C NH 取代 脲链节 NCO NCO 聚 体
2OCN 预
+
H2N R' NH2
OCN
NH C NH 取代 脲链节
聚氨基甲酸酯
聚氨基甲酸酯基本信息中文名：聚氨基甲酸酯；聚氨酯拼音：jù ān jī jiǎ suān zhǐ前言聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团(ＮＨＣＯＯ)的大分子化合物的统称。
它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。
聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,还可含有醚、酯、脲、缩二脲,脲基甲酸酯等基团。
聚氨酯的结构英文名：polyurethane研发历史聚氨酯(简称TPU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。
通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。
聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等，广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。
1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯，并以此为基础进入工业化应用，英美等国1945～1947年从德国获得聚氨酯树脂的制造技术于1950年相继开始工业化。
日本1955年从德国Bayer公司及美国DuPont公司引进聚氨酯工业化生产技术。
20世纪50年代末我国聚氨酯工业开始起步，近lO多年发展较快。
制备来源由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物。
聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成，反应式如下：—N=C=O + HOˉ → —NH-COOˉ聚氨酯的发现：20世纪30年代，德国Otto Bayer 首先合成了TPU。
在1950年前后，TPU作为纺织整理剂在欧洲出现，但大多为溶剂型产品用于干式涂层整理。
20世纪60年代，由于人们环保意识的增强和政府环保法规的出台，水系TPU涂层应运而生。
聚氨酯化学
6
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芳香族异氰酸酯基在100 ℃以上可以和聚氨酯化反应所生成的氨基甲酸酯基反
应生成脲基甲酸酯。所以聚氨酯化反应的反应温度应低于100℃，以防止脲基甲酸酯的生 成而导致支化和交联。
O
R1 NCO + R2 N C R3
H
O
R2 N C R3
CO NH R1
异氰酸酯还可以发生自聚反应。其中芳香族的异氰酸酯容易生成二聚体-脲二酮：
聚脲通常为白色的不溶物，因此可用苯胺检验NCO基的存在。反应温度对
脲的生成影响较大，如在制备缩二脲时，反应温度应不高于1000C。异氰
酸酯基和胺的反应常用于脂肪族水性聚氨酯合成时预聚体在水中的扩链，
此时胺基的活性远大于水的活性，通过脲基生成高分子量的聚氨酯。另外， 位阻胺（如MOCA，即3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲）活性适中，可 以同预聚体的NCO基在室温反应。
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3
第二节 聚氨酯化学 一、异氰酸酯的反应机理
异氰酸酯指结构中含有异氰酸酯（—NCO，即—N==C==O）基团的化合物， 其化学活性适中。一般认为异氰酸酯基团具有如下的电子共振结构：
RN C O
RN C O
RN C O
根据异氰酸酯基团中N、C、O元素的电负性排序：O(3.5) ＞N(3.0) ＞ C(2.5) ，三者获得电子的能力是：O ＞ N ＞ C。另外， —C==O键键能为733kJ/mol，—C==N—键键能为553kJ/mol，所以碳氧键比 碳氮键稳定。
13 13
第十三页，共111页
O O C NH
CH3 O
NH C O hv
H2N
CH3 O
NH C O
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异氰酸酯
O=C=N-R-N=C=O
H-O-R1-O-H
多元醇
O C N R N
O C
+
-O-R1-O-
一、聚氨酯概述
2、聚氨酯主要用途
PU树脂组成
二异氰酸酯 活泼氢化合物（聚酯/聚醚，小分子醇，胺类）
催化剂
溶剂 助剂
二异氰酸酯
甲苯二异氰酸酯（TDI）
NCO CH3 NCO
CH3 NCO
2,6-TDI
胺类催化剂
NCO/H2O
溶剂
有机溶剂必须是 氨酯级 溶剂，基本上不含水，消耗1mol的NCO所需溶剂 的克数，该值必须大于2500
DMF
TOL
IPA
TSK
CYC
MEK
异氰酸酯的化学反应
1、异氰酸酯与羟基的反应 2、异氰酸酯与胺基的反应 3、异氰酸酯与水的反应 4、异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应 5、异氰酸酯的自聚反应
聚氨酯化学
主讲人：王质伟
主要内容
1、聚氨酯概述 2、PU树脂组成
3、异氰酸酯化学反应
4、PU分子微观结构
一、聚氨概述
1、定义 聚氨酯全称：聚氨基甲酸酯 英文：Polyurethane 聚氨酯结构：
O C NH R O NH C O R1 O n
一、聚氨酯概述
O C NH R NH O C O R1 O n
异氰酸酯化学反应
1、异氰酸酯与羟基的反应
RNCO+R1-OH n OCN-R-NCO RNHCOOR1
+
n HO-R1-OH [-CONH-R-NHCO-OR1-O-]n
聚氨酯
反应速度：-CH2-OH > -CH-OH
异氰酸酯化学反应
2、异氰酸酯与胺基的反应（常温下快速反应） 伯胺基：NH2 仲胺基：NH
NCO
2,4-TDI
二 异 氰 酸 酯 化 合 物
二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（MDI）
NCO
CH 2
NCO
二环己基二异氰酸酯（HMDI）
NCO
CH 2
NCO
NCO
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）
H3C CH3 CH3
CH 2NCO
1,6-己二异氰酸酯（HDI）
OCN(CH2)6NCO
TDI-80： 80% 2,4-TDI， 20% 2,6-TDI TDI-65： 65% 2,4-TDI， 35% 2,6-TDI TDI-100：100% 2,4-TDI，0% 2,6-TDI
R-NCO+R1-NH2
R-NHCONHR
脲
R-NCO+R1R2NH
R-NHCONR1R2
取代脲
异氰酸酯化学反应
3、异氰酸酯与水的反应
RNCO+H2O
慢
R-NHCOOH
快
快
RNH2+CO2
RNH2+RNCO 2RNCO+H2O
R-NHCONH-R
脲
RNHCONHR+CO2
1mol(18g)水与1mol二异氰酸酯（TDI174g或MDI250g）生成1mol（22.4L）CO2 空气中的水分及容器壁附着的水分会使NCO含量降低，使预聚体黏度变大甚至凝胶， 产生的CO2还会使容器涨罐。
活泼氢化合物
聚酯多元醇
聚醚多元醇
C
O
C
含有活泼氢的化合物
小分子二醇
EG BG HG TMP等
二胺类
H2N
R
NH2
聚酯多元醇反应原理：
n HOOC R COOH
+ (n+1) HO
R1 OH
O HO R1 O C R
O C O R1 O H n
+ 2nH2O
催化剂
需要催化剂的反应：NCO/OH，NCO/H2O 有机锡催化剂 NCO/OH
异氰酸酯化学反应
4、异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应
RNCO + R1-NHCOO-R2
120-140℃
O R1
交联结构
O
R-NH-C-N-C-OR2
异氰酸酯化学反应
自聚反应 二聚：
2ArNCO Ar-N C O
O
C N-Ar
MDI、TDI在室温下可以缓慢产生二聚体，具有邻位取代基的芳香族异氰酸酯， 由于位阻效应，在常温下不能生成二聚体，而MDI由于NCO邻位无取代基， 活性比TDI大，即使无催化剂，室温也有部分单体缓慢自聚成二聚体。
聚氨酯分子的微观结构
软段：大分子多元醇
异氰酸酯 硬段 小分子醇、胺
聚氨酯分子的微观结构
一步法 预聚系数 合成工艺
预聚法
预聚粘度 MDI过量法
聚氨酯分子的微观结构
一步法
聚氨酯分子的微观结构
预聚法
多醇+MT
EG+MT
聚氨酯分子的微观结构
MDI过量法
多醇+所有MDI
EG