浅谈聚氨酯的结构与性能
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．Biblioteka Baidu
２ 低 聚 物 链 结 构 对 聚 氨酯 材 料 性 能 的 影 响
聚氨酯是 由多元醇（ 包括 带羟基的小分子物 质 ） 和多异氰 酸酯 反应 而来的 ， 其 大分 子结 构 中不仅含有 大量 的氨基 甲酸酯键 ， 还 含 有醚键 、 酯键 、 油脂的不饱和键 、 以及低聚物多元醇所含有的各种特 殊结构 （ 包括取代基 ） 等 。在大分子键之 间还存在氢键。所 以可 以通 过选用不 同结构的多异氰酸酯和多元醇来改变长链 的结构 。 低聚物 多元 醇的结构具有很大的可调节性 ， 从类型上讲 ， 可 以选用 聚酯 、 聚 醚、 聚 ｓ一己内酯多 元醇 等 ； 从单体 种类 上讲 ， 有环氧 乙烷 、 环氧丙 烷、 四氢呋喃等。选用各种低聚物多元醇或者几种低聚物多元醇一 起使用 ， 可 以使聚氨酯材 料的软锻部分 的结构 多样化 ， 从而可 以在 很大 的范同改变其使用性能 ， 以满足不 同的使用场合 的要求 。 ３低聚物 的分子量对聚 氨酯材料的－ 眭能的影响 低聚物是聚氨酯材料 的软段部分 ， 是呈无规卷曲状态的柔性链
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科技 论坛
浅谈聚氨酯 的结构 与性 能
周 静
（ 湖南化 工职业技 术学院 化工 系， 湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ４ ）
摘 要： 随着聚氨 酯科 学的迅速发展 ， 聚氨酯的应用越 来越广 ， 如塑料 、 橡胶 、 纤维 、 涂料 、 粘结剂 、 复合 材料 和具有特 殊功能的功能 高 分子等等 ， 在人们的生活中起 着举足轻重的作 用。
关键词 ： 聚氨酯 ； 结构 ； 性 能
是聚氨酯材料弹性的来 聚氨酯 ， 全称 聚氨基 甲酸酯 （ ｐ ｏ ｌ ｙ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ） ， 是主链上 含有很 多 段 。软段的玻璃化温度低 于常温呈高弹态 ， 软段的分子链越 短 ， 柔韧性差 ， 而且这种聚 氨基 甲酸酯基 的一类聚合物。聚氨酯的主要 原料有三大类 ， 即低 聚 源 。低聚物分子量越低 ， 物多元醇 、 扩链剂和多异氰酸酯 。另外 ， 在具体应用中 ， 为了提高 反 氨酯材料 中的软段含量也相对较低 ，并且整体 的交联密度 变大 ， 使 应速率 ， 改进加＿ 丁特性 和聚氨酯材料 的性能 ， 减小成本等 目的 ， 需要 得聚氨酯材料的弹性 下降， 杨氏模量增大 ， 强度变 大。 另外低聚物 的 加入某些助剂。 分子量的不同 ， 也会影响聚氨酯材料 的软化温度 、 溶解性能 、 耐老化 聚氨酯材料 由于其 性能优越 ， 易于成型加工 ， 在 国民经济 中得 性能等 。 低 聚物 的分子量 ， 很大程度上决定了聚氨酯材料 的性能 。 分 到 了广泛的应用 。聚氨酯 材料是世界六大合成材料 之一 。到 目前 为 子量较大 的低聚物多用于制造 聚氨酯 弹性体 ， 分子量较小的低聚物 止， 聚氨酯在塑料 、 橡胶 、 合成纤维 、 涂料 、 粘接剂 、 建筑填充材料 、 以 合成 的聚氨酯材料能做工程塑料使 用。所 以 ， 不 同分子量 的低 聚物 及 防水 灌浆材料等 各个方 面取得 了广 泛 的应 用 。据 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ 合成 的聚氨酯材料性能相差大 ， 用途 也不一样 。 Ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｓ 公司研究报告显示 ， ２ ０ １ ０ 年全球 聚氨酯市场需求为 １ ３ ６ ５万 我们 可 以利 用不同的反应条 件来调节低 聚物 的分子量 的大小 吨， 预计 到 ２ ０ １ ６年将达到 １ ７ ９ ４ ． ６万吨 ， 复合年增长率为 ４ ． ７ ％。 按价 和分 布， 嵌段链 的长度 和分布等 因素 ， 进 一步调节交联密度 ， 就能在 值计算 ， ２ ０ １ ０年估计 为 ３ ３ ０ ． ３ ３ 亿 美元 ，到 ２ ０ １ ６年将达到 ５ ５ ４ ． ８ 亿 很大 的范 围内改变聚氨酯材料 的性能 ， 以满足不 同使用场合要求 。 美元 ， 复合年增长率为 ６ ． ８ ％。 而因国内聚氨酯关键原料 ＭＤ Ｉ 、 Ｔ Ｄ Ｉ 产 随着聚氨酯科 学的迅速发展 ， 聚氨酯 的应用越来 越广 ， 如塑料 、 能产量 出现过剩 ， 聚氨酯下游制品需求增大 ， 以及众 跨 国公 司将 业 橡胶 、 纤维、 涂料 、 粘结剂 、 复合材 料和具有特殊功能 的功能高分 子 务重点和研发中心转至亚洲甚 至中国市场 ， 未来国 内聚氨酯产业将 等等 ， 在人们的生活中起着举足轻重的作用。 现实中 ， 聚氨酯 制品往 迎来黄金期 。 往是具有某一特定 的功能 ， 只能应 用在一个具体 的领域 ， 有 的已经 １聚 氨 酯 的结 构 及 － 陛能 特 点 应用的聚氨酯甚至还有许多不足 ， 这些都制约 了聚氨酯材料 的推 广 聚氨 酯化 学结构的特征是其 大分 子主链上 重复含有氨基 甲酸 和应用。为了研究 出性能更优越的聚氨酯材料 ， 或 者改善现有材料 酯链段 。 的性 能 ， 人们做出了巨大的努力 。聚氨酯 的主要原材料是 聚醚多元 醇。近年来在 聚醚多元醇的合成方面 ， 新 的单体 ， 新 的聚合方法 ， 新 的加工成 型工 艺等成果 的出现 ， 改变 了聚醚 多元 醇的结构 ， 提升了 Ｒ， ． Ｏ— Ｃ． ＮＨ． Ｒ． ＮＨ— ｅ． Ｏ— Ｒ， 现有聚氨酯 的性能 ， 具有很 大的社会价值 。 聚氨酯 的聚集态结构特征是微 相分 离 ， 这种结构特征对聚氨酯 性能有很大影响。聚氨酯是由低 聚物多元醇 、 小分子扩链剂和多异 氰酸酯加 聚而成 。低聚物多元 醇一 般是 直链 烷烃 ， 由于其 中碳碳单 键的可旋转性 ， 分子链具有很大 的柔性 ， 存在 多种 构象 ， 是聚氨酯大 分子链的软段或软链段 ；而小分子扩链 剂和多异氰酸酯反应后 ， 处 在交联点 的位置 ， 不易运动 ， 是聚氨酯大分子链的硬段或硬链段 。 软 链段 与软链段之间作用力小 ， 玻璃化温度低于常温 ， 易卷曲和运动 ， 室温呈橡胶态 ； 硬链段 含有很多 刚性基 团如氨基 甲缩酯 、 芳环等 ， 极 性大 ， 相互之间作用力 大， 玻璃 化温度高于常温 ， 室温呈玻璃态 。软 链段 的橡胶态 是聚氨酯 中的连续相 ， 是聚氨酯 弹性 的来源 ； 硬链段 的玻璃态容易聚集在聚氨酯 中的分散相 ，起着物理交联的作用 ， 是 聚氨酯刚性的来源 。 微相分离的存在使得聚氨酯材料具有优异的性 能 。聚氨 酯材 料的特点是 ： 优异的弹性 ， 弹性模量在 塑料和橡胶 之 间； 良好 的耐磨性 ； 耐氧性和耐臭氧性能优 良； 耐油脂及 耐化学 品性 能优 良； 耐疲 劳ｆ 生及抗振动性好 ； 抗冲击性强等 。 但是材料聚氨酯耐 高温和耐水性较差 ， 这阻碍了聚氨酯在一些场所的应用 。
２ 低 聚 物 链 结 构 对 聚 氨酯 材 料 性 能 的 影 响
聚氨酯是 由多元醇（ 包括 带羟基的小分子物 质 ） 和多异氰 酸酯 反应 而来的 ， 其 大分 子结 构 中不仅含有 大量 的氨基 甲酸酯键 ， 还 含 有醚键 、 酯键 、 油脂的不饱和键 、 以及低聚物多元醇所含有的各种特 殊结构 （ 包括取代基 ） 等 。在大分子键之 间还存在氢键。所 以可 以通 过选用不 同结构的多异氰酸酯和多元醇来改变长链 的结构 。 低聚物 多元 醇的结构具有很大的可调节性 ， 从类型上讲 ， 可 以选用 聚酯 、 聚 醚、 聚 ｓ一己内酯多 元醇 等 ； 从单体 种类 上讲 ， 有环氧 乙烷 、 环氧丙 烷、 四氢呋喃等。选用各种低聚物多元醇或者几种低聚物多元醇一 起使用 ， 可 以使聚氨酯材 料的软锻部分 的结构 多样化 ， 从而可 以在 很大 的范同改变其使用性能 ， 以满足不 同的使用场合 的要求 。 ３低聚物 的分子量对聚 氨酯材料的－ 眭能的影响 低聚物是聚氨酯材料 的软段部分 ， 是呈无规卷曲状态的柔性链
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浅谈聚氨酯 的结构 与性 能
周 静
（ 湖南化 工职业技 术学院 化工 系， 湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ４ ）
摘 要： 随着聚氨 酯科 学的迅速发展 ， 聚氨酯的应用越 来越广 ， 如塑料 、 橡胶 、 纤维 、 涂料 、 粘结剂 、 复合 材料 和具有特 殊功能的功能 高 分子等等 ， 在人们的生活中起 着举足轻重的作 用。
关键词 ： 聚氨酯 ； 结构 ； 性 能
是聚氨酯材料弹性的来 聚氨酯 ， 全称 聚氨基 甲酸酯 （ ｐ ｏ ｌ ｙ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ） ， 是主链上 含有很 多 段 。软段的玻璃化温度低 于常温呈高弹态 ， 软段的分子链越 短 ， 柔韧性差 ， 而且这种聚 氨基 甲酸酯基 的一类聚合物。聚氨酯的主要 原料有三大类 ， 即低 聚 源 。低聚物分子量越低 ， 物多元醇 、 扩链剂和多异氰酸酯 。另外 ， 在具体应用中 ， 为了提高 反 氨酯材料 中的软段含量也相对较低 ，并且整体 的交联密度 变大 ， 使 应速率 ， 改进加＿ 丁特性 和聚氨酯材料 的性能 ， 减小成本等 目的 ， 需要 得聚氨酯材料的弹性 下降， 杨氏模量增大 ， 强度变 大。 另外低聚物 的 加入某些助剂。 分子量的不同 ， 也会影响聚氨酯材料 的软化温度 、 溶解性能 、 耐老化 聚氨酯材料 由于其 性能优越 ， 易于成型加工 ， 在 国民经济 中得 性能等 。 低 聚物 的分子量 ， 很大程度上决定了聚氨酯材料 的性能 。 分 到 了广泛的应用 。聚氨酯 材料是世界六大合成材料 之一 。到 目前 为 子量较大 的低聚物多用于制造 聚氨酯 弹性体 ， 分子量较小的低聚物 止， 聚氨酯在塑料 、 橡胶 、 合成纤维 、 涂料 、 粘接剂 、 建筑填充材料 、 以 合成 的聚氨酯材料能做工程塑料使 用。所 以 ， 不 同分子量 的低 聚物 及 防水 灌浆材料等 各个方 面取得 了广 泛 的应 用 。据 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ 合成 的聚氨酯材料性能相差大 ， 用途 也不一样 。 Ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｓ 公司研究报告显示 ， ２ ０ １ ０ 年全球 聚氨酯市场需求为 １ ３ ６ ５万 我们 可 以利 用不同的反应条 件来调节低 聚物 的分子量 的大小 吨， 预计 到 ２ ０ １ ６年将达到 １ ７ ９ ４ ． ６万吨 ， 复合年增长率为 ４ ． ７ ％。 按价 和分 布， 嵌段链 的长度 和分布等 因素 ， 进 一步调节交联密度 ， 就能在 值计算 ， ２ ０ １ ０年估计 为 ３ ３ ０ ． ３ ３ 亿 美元 ，到 ２ ０ １ ６年将达到 ５ ５ ４ ． ８ 亿 很大 的范 围内改变聚氨酯材料 的性能 ， 以满足不 同使用场合要求 。 美元 ， 复合年增长率为 ６ ． ８ ％。 而因国内聚氨酯关键原料 ＭＤ Ｉ 、 Ｔ Ｄ Ｉ 产 随着聚氨酯科 学的迅速发展 ， 聚氨酯 的应用越来 越广 ， 如塑料 、 能产量 出现过剩 ， 聚氨酯下游制品需求增大 ， 以及众 跨 国公 司将 业 橡胶 、 纤维、 涂料 、 粘结剂 、 复合材 料和具有特殊功能 的功能高分 子 务重点和研发中心转至亚洲甚 至中国市场 ， 未来国 内聚氨酯产业将 等等 ， 在人们的生活中起着举足轻重的作用。 现实中 ， 聚氨酯 制品往 迎来黄金期 。 往是具有某一特定 的功能 ， 只能应 用在一个具体 的领域 ， 有 的已经 １聚 氨 酯 的结 构 及 － 陛能 特 点 应用的聚氨酯甚至还有许多不足 ， 这些都制约 了聚氨酯材料 的推 广 聚氨 酯化 学结构的特征是其 大分 子主链上 重复含有氨基 甲酸 和应用。为了研究 出性能更优越的聚氨酯材料 ， 或 者改善现有材料 酯链段 。 的性 能 ， 人们做出了巨大的努力 。聚氨酯 的主要原材料是 聚醚多元 醇。近年来在 聚醚多元醇的合成方面 ， 新 的单体 ， 新 的聚合方法 ， 新 的加工成 型工 艺等成果 的出现 ， 改变 了聚醚 多元 醇的结构 ， 提升了 Ｒ， ． Ｏ— Ｃ． ＮＨ． Ｒ． ＮＨ— ｅ． Ｏ— Ｒ， 现有聚氨酯 的性能 ， 具有很 大的社会价值 。 聚氨酯 的聚集态结构特征是微 相分 离 ， 这种结构特征对聚氨酯 性能有很大影响。聚氨酯是由低 聚物多元醇 、 小分子扩链剂和多异 氰酸酯加 聚而成 。低聚物多元 醇一 般是 直链 烷烃 ， 由于其 中碳碳单 键的可旋转性 ， 分子链具有很大 的柔性 ， 存在 多种 构象 ， 是聚氨酯大 分子链的软段或软链段 ；而小分子扩链 剂和多异氰酸酯反应后 ， 处 在交联点 的位置 ， 不易运动 ， 是聚氨酯大分子链的硬段或硬链段 。 软 链段 与软链段之间作用力小 ， 玻璃化温度低于常温 ， 易卷曲和运动 ， 室温呈橡胶态 ； 硬链段 含有很多 刚性基 团如氨基 甲缩酯 、 芳环等 ， 极 性大 ， 相互之间作用力 大， 玻璃 化温度高于常温 ， 室温呈玻璃态 。软 链段 的橡胶态 是聚氨酯 中的连续相 ， 是聚氨酯 弹性 的来源 ； 硬链段 的玻璃态容易聚集在聚氨酯 中的分散相 ，起着物理交联的作用 ， 是 聚氨酯刚性的来源 。 微相分离的存在使得聚氨酯材料具有优异的性 能 。聚氨 酯材 料的特点是 ： 优异的弹性 ， 弹性模量在 塑料和橡胶 之 间； 良好 的耐磨性 ； 耐氧性和耐臭氧性能优 良； 耐油脂及 耐化学 品性 能优 良； 耐疲 劳ｆ 生及抗振动性好 ； 抗冲击性强等 。 但是材料聚氨酯耐 高温和耐水性较差 ， 这阻碍了聚氨酯在一些场所的应用 。