聚氨酯的工业合成
水性聚氨酯工业合成工艺流程
水性聚氨酯工业合成工艺流程
一、原料准备
1. 按照反应计划计算所需的多元醇、多元异氰酸酯类原料规格和数量。
2. 检测多元醇和多元异氰酸酯类原料的物理化学指标,检查是否达到合成要求。
3. 加载检测合格的多元醇和多元异氰酸酯类原料到料槽内。
二、原料混合、反应
1. 将多元醇和催化剂导入搅拌反应器内,开始混合。
2. 在过程中,逐步加入准备好的多元异氰酸酯类原料,形成原料混合液。
3. 控制温度在约35°左右,进行室温下的反应4~6小时。
4. 反应结束后,进行取样检测聚合度是否达到目标值。
三、处理分馏
1. 反应液进入离心机进行分离,去除残留的多余的多元异氰酸酯类原料。
2. 离心后液体进入真空打浆机进行脱气,除去生成的副产物2。
3. 脱气液体进入蒸馏塔进行进一步分馏,去除残余的有害物质。
4. 分离出的水性聚氨酯产品进行物理化学检测,确保指标合格。
五、产品装瓶打包
1. 通过色差机和粘度检测试验的聚氨酯产品进入塑料包装机内装瓶。
2. 装瓶好的产品进行打印 ,成为成品通过检验后出厂发货。
以上就是水性聚氨酯的基本工艺流程。
聚氨酯的合成原理
如2，4—甲苯二异氰酸酯（TDI）和带有三 个端经基的文化型聚酯(可由已二酸、1，3— 丁二醇及三羟甲基丙烷合成)混合后反应， 即可合成得交联型聚氨酯树脂。这个反应相 当于缩聚反应中的2—3官能度体系，可直接 获得交联产物。
2. 两步法（预聚体法）
第一步，合成预聚体。
二元醇和过量的二元异氰酸酯反应，生成两端皆为一 NCO基团的加成物，这种加成物，称为预聚体。反应中 的HO—R’—OH，除了采用二元醇外，更常用的是含有 端羧基的聚醚、聚酯或聚烯烃树脂。因而预聚体分子量 的大小．取决于聚醚或聚酯等树脂的分子量，通常为数 百至数千。如下:
第二步，预聚体进行扩链应和交联反应。
即将分子量不高的预聚体进一步反应生成高分子量 的聚氯酯树脂。如热塑性聚氨酯弹性体，就是先合 成预聚体，再经扩链反应得到高分子量的产物。也 可将扩链后的聚合物再行交联，生成交联结构的聚 氨酯，用作聚氨酯橡胶、泡沫塑料、涂料或粘合剂 等。
b. PU粘合剂 (PU bond)
PU黏合剂的特性：①分子中含有很 多高极性的基团，黏结性强，几乎 能粘合所有的材料；②很容易调节 其组成、结构及使用配方，可方便 地改变其性能；③可在室温下固化， 也可加热固化，粘合工艺方便；④ 固化时不生成副产物，粘结层不产 生缺陷；⑤黏结度较高，具有较好 的耐油、耐臭氧、耐化学品、耐低 温性。
反应特点 (reaction character)
逐步、不可逆反 应、无小分子产 生
应用(application)
工业生产的逐步加成聚合物品种不多，主 要有聚氨酯（－ NHCOO－）、聚脲（－ NHCONH－） 、环氧树脂三大类。 聚氨 酯（Polyurethane)发展最快、产量也最大， 主要用在塑料、橡胶、合成纤维、涂料、 粘合剂等方面, 本章主要讲述PU
聚氨酯的合成工艺
改性水性聚氨酯涂料的合成工艺引言：随着人们环保意识的增强，人们对自身的生活环境越来越关注，传统的溶剂型聚氨酯胶粘剂有毒、易燃、异味、易造成空气污染等缺点,而水性涂料具有无毒、不易燃烧、无污染环境等优点，而水性聚氨酯树脂具有硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好、VOC 含量低等优点，它是以水为分散介质的二元胶体体系，符合目前化工环保的要求，因此日益受到人们的关注。
然而，一般的聚氨酯乳液固含量低，胶膜的耐水性差、光泽性较低，涂膜的综合性能较差，对水性聚氨酯乳液进行适当的改性后能更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能，扩大应用范围。
在各种改性方法中，最引人注目的是聚氨酯/聚丙烯酸改性(PUA) 复合乳液的研究。
PUA 改性树脂将两种材料的最佳性能融合于一体，可制备出高固含量的水性树脂，降低加工能耗，提高生产率，其胶膜柔软、耐磨、耐湿擦、耐水解性能优异。
PUA 的研制方法有共混复合、共聚复合、核－壳乳液聚合法和PUA 互穿网络乳液聚合法4 种。
其中用环氧树脂E-44 和甲基丙烯酸甲酯(MMA)复合改性水性聚氨酯，丙烯酸羟乙酯(HEA)与MMA 发生共聚反应.制得以丙烯酸酯为核，聚氨酯为壳，HEA 为核壳之间桥连的核壳交联型PUA 复合乳液。
这种复合乳液集中了聚氨酯的耐低温、柔软性好、附着力强，丙烯酸酯的耐水和耐候性好，环氧树脂的高模量、高强度、耐化学性好等许多优点。
实验研究结果表明：随着环氧树脂E-44 和MMA 添加量增大，胶膜硬度、拉伸强度和耐水性逐渐提高，胶膜断裂伸长率和乳液的稳定性则随着降低，当环氧E-44 含量为4%，MMA含量为20%~30%时综合性能较好。
改性后的聚氨酯在下几种用途时有杰出的综合效果：水性聚氨酯木器涂料，水性聚氨酯织物涂料，建筑防水涂料，水性聚氨酯防腐涂料，水性聚氨酯汽车涂料，功能性水性聚氨酯涂料。
共聚乳液的制备方法主要有以下几种：(1) 聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液共混，外加交联剂，形成聚氨酯-丙烯酸酯共混复合乳液；(2) 先合成聚氨酯聚合物乳液，以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚合，形成具有核-壳结构的聚氨酯丙烯酸酯复合乳液；(3) 2种乳液以分子线度互相渗透，然后进行反应，形成高分子互穿网络的聚氨酯丙烯酸酯复合乳液；(4) 合成带C═C双键的不饱和氨基甲酸酯单体，然后将该大单体和其它丙烯酸酯单体进行乳液共聚，得到聚氨酯丙烯酸酯共聚乳。
聚氨酯聚合方法
聚氨酯聚合方法聚氨酯是一种重要的聚合物，在各个领域具有广泛的应用。
聚氨酯的合成方法有很多种，其中最常用的是聚酯和聚醚两种方法。
1. 聚酯法聚酯法是一种常见的聚氨酯合成方法。
它的基本原理是通过聚酯多元醇与异氰酸酯发生反应，生成聚氨酯。
具体步骤如下：（1）聚酯多元醇的制备：首先，选择适当的酸和醇进行酯交换反应，生成聚酯多元醇。
常用的酸有酒石酸、己二酸等，常用的醇有乙二醇、丙二醇等。
（2）异氰酸酯的制备：异氰酸酯是聚氨酯合成的关键原料。
一般是将二异氰酸酯与醇进行反应，生成异氰酸酯。
（3）聚氨酯的合成：将聚酯多元醇和异氰酸酯按一定比例混合，在一定的温度和压力下进行反应，生成聚氨酯。
反应过程中，还可以添加一些助剂，如催化剂、阻燃剂等，以改善聚氨酯的性能。
2. 聚醚法聚醚法也是一种常用的聚氨酯合成方法。
它的原理与聚酯法类似，只是聚醚多元醇和异氰酸酯的选择不同。
具体步骤如下：（1）聚醚多元醇的制备：首先，选择适当的醇进行缩聚反应，生成聚醚多元醇。
常用的醇有环氧乙烷、环氧丙烷等。
（2）异氰酸酯的制备：异氰酸酯的制备方法与聚酯法相同。
（3）聚氨酯的合成：将聚醚多元醇和异氰酸酯按一定比例混合，在一定的温度和压力下进行反应，生成聚氨酯。
同样地，反应过程中可以添加助剂来改善聚氨酯的性能。
聚氨酯聚合方法的选择取决于所需聚氨酯的性能要求和应用领域。
聚酯法合成的聚氨酯具有良好的耐热性和耐候性，适用于制备高温和户外使用的材料。
而聚醚法合成的聚氨酯具有良好的柔软性和低温性能，适用于制备弹性体和冷藏设备等。
聚氨酯聚合方法是一种重要的合成方法，可以根据不同的需求选择聚酯法或聚醚法。
通过合理的配比和合成条件，可以得到具有不同性能的聚氨酯材料，满足各种应用的需求。
未来随着科学技术的不断发展，聚氨酯的合成方法也将进一步完善，为各个领域带来更多的应用和创新。
聚氨酯的配方及工艺
线形热塑性聚氨酯原料用量（质量份）聚己内酯二醇（Mn：2000）：20001,6－己二醇：112.0三羟甲基丙烷： 6.700TDI(80/20): 348.0有机锡催化剂： 1.2‰丁酮：1058聚氨酯油合成①配方：原料规格用量（质量份）醇酸树脂上步合成产品1000二甲苯聚氨酯级620.0甲苯二异氰酸酯工业级165.5二月桂酸二丁基锡分析醇 1.2‰丁醇5%②合成工艺：a. 将上步合成的醇酸树脂、50％二甲苯加入反应釜，升温至600C，在N2的继续保护下，将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系，约2h滴完；用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐，并加入反应釜。
b. 保温1h，加入催化剂；将温度升至800C，保温反应；5h后取样测NCO含量，当NCO含量小于0.5％时，加入正丁醇封端0.5h。
降温，调固含、过滤、包装。
实例2聚酯基潮气固化聚氨酯的合成（1）配方：原料规格用量（质量份）聚己内酯二醇工业级，Mn：1500 3200聚己内酯三醇工业级，Mn：500 550．0二月桂酸二丁基锡化学纯0.5‰(以固体分计)二甲苯聚氨酯级2682甲苯二异氰酸酯工业级1230NCO理论含量：5.5％；NCO平均官能度：2.40。
（2）合成工艺：①依配方将聚己内酯多元醇加入聚合釜，加入50％的二甲苯共沸带水，至无水带出，通入N2保护，将温度降至600C。
②在N2的继续保护下，将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系，约2.5h滴完；用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐，并加入反应釜。
③保温2h，加入催化剂；将温度升至800C，保温反应；2h后取样测NCO含量，当NCO含量稳定后（一般比理论值小0.5％），降温、过滤、包装。
1．羟基树脂合成实例实例1 羟基丙烯酸树脂的合成（1）配方：原料规格用量（质量份）丙二醇甲醚醋酸酯聚氨酯级111.0二甲苯（1）聚氨酯级140.0丙烯酸-β-羟丙酯工业级150.0苯乙烯工业级300.0甲基丙烯酸甲酯工业级100.0丙烯酸正丁酯工业级72.00丙烯酸工业级8.000叔丁基过氧化苯甲酰（1）工业级18.00叔丁基过氧化苯甲酰（2）工业级 2.000二甲苯（2）聚氨酯级100.0（2）合成工艺：①先将丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯（1）加入聚合釜中，通氮气置换反应釜中的空气，加热升温到1300C。
水性聚氨酯工业合成工艺流程
水性聚氨酯工业合成工艺流程英文回答：Waterborne polyurethane (WPU) is a type of polyurethane that is dispersed in water instead of being dissolved in organic solvents. The industrial synthesis process of WPU involves several steps.1. Prepolymer Preparation: The first step is the preparation of the prepolymer. This involves the reaction of a polyol with an excess of diisocyanate. The polyol can be a polyester or a polyether, and the diisocyanate is typically MDI (methylene diphenyl diisocyanate) or TDI (toluene diisocyanate). The reaction between the polyol and diisocyanate forms a prepolymer with isocyanate groups.2. Chain Extender Addition: In this step, a chain extender is added to the prepolymer. The chain extender is typically a short-chain diol, such as 1,4-butanediol or ethylene glycol. The addition of the chain extender reactswith the isocyanate groups in the prepolymer, resulting in the formation of urethane linkages. This step helps to increase the molecular weight and improve the mechanical properties of the WPU.3. Emulsification: After the chain extender addition, the prepolymer is emulsified in water to form a stable dispersion. This is typically achieved by using asurfactant or an emulsifier. The emulsification process helps to disperse the WPU particles in water and stabilize the dispersion.4. Neutralization and Crosslinking: The next step involves neutralization and crosslinking of the WPU dispersion. This is done by adding a neutralizing agent, such as ammonia or amines, to the dispersion. The neutralizing agent reacts with the remaining isocyanate groups, resulting in the formation of urea linkages. This step helps to improve the water resistance and film-forming properties of the WPU.5. Film Formation: The final step is the film formationprocess. The WPU dispersion is applied onto a substrate, such as a metal or a polymer, and the water is evaporated. As the water evaporates, the WPU particles come into close contact and coalesce to form a continuous film. This film can then be further cured or dried to achieve the desired properties.水性聚氨酯（WPU）是一种以水为分散介质而不是有机溶剂的聚氨酯。
聚氨酯的配方及工艺
线形热塑性聚氨酯原料用量（质量份）聚己内酯二醇（Mn：2000）：20001,6－己二醇：112.0三羟甲基丙烷： 6.700TDI(80/20): 348.0有机锡催化剂： 1.2‰丁酮：1058聚氨酯油合成①配方：原料规格用量（质量份）醇酸树脂上步合成产品1000二甲苯聚氨酯级620.0甲苯二异氰酸酯工业级165.5二月桂酸二丁基锡分析醇 1.2‰丁醇5%②合成工艺：a. 将上步合成的醇酸树脂、50％二甲苯加入反应釜，升温至600C，在N2的继续保护下，将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系，约2h滴完；用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐，并加入反应釜。
b. 保温1h，加入催化剂；将温度升至800C，保温反应；5h后取样测NCO含量，当NCO含量小于0.5％时，加入正丁醇封端0.5h。
降温，调固含、过滤、包装。
实例2聚酯基潮气固化聚氨酯的合成（1）配方：原料规格用量（质量份）聚己内酯二醇工业级，Mn：1500 3200聚己内酯三醇工业级，Mn：500 550．0二月桂酸二丁基锡化学纯0.5‰(以固体分计)二甲苯聚氨酯级2682甲苯二异氰酸酯工业级1230NCO理论含量：5.5％；NCO平均官能度：2.40。
（2）合成工艺：①依配方将聚己内酯多元醇加入聚合釜，加入50％的二甲苯共沸带水，至无水带出，通入N2保护，将温度降至600C。
②在N2的继续保护下，将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系，约2.5h滴完；用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐，并加入反应釜。
③保温2h，加入催化剂；将温度升至800C，保温反应；2h后取样测NCO含量，当NCO含量稳定后（一般比理论值小0.5％），降温、过滤、包装。
1．羟基树脂合成实例实例1 羟基丙烯酸树脂的合成（1）配方：原料规格用量（质量份）丙二醇甲醚醋酸酯聚氨酯级111.0二甲苯（1）聚氨酯级140.0丙烯酸-β-羟丙酯工业级150.0苯乙烯工业级300.0甲基丙烯酸甲酯工业级100.0丙烯酸正丁酯工业级72.00丙烯酸工业级8.000叔丁基过氧化苯甲酰（1）工业级18.00叔丁基过氧化苯甲酰（2）工业级 2.000二甲苯（2）聚氨酯级100.0（2）合成工艺：①先将丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯（1）加入聚合釜中，通氮气置换反应釜中的空气，加热升温到1300C。
聚氨酯的合成、改性及其应用
聚氨酯的合成、改性及其应用作者：薛婷来源：《商情》2016年第26期【摘要】聚氨酯（PU）树脂是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。
本文研究了聚氨酯的合成方法，改性方法，论述了其在生产生活中的重要地位及广泛应用。
【关键词】聚氨酯聚合物合成改性应用聚氨酯（PU）树脂是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。
聚氨酯是一种高分子材料，其主要特征是分子链中含有多个重复的“氨基甲酸酯”基团，既有橡胶的弹性，又有塑料的强度和优异的加工性能，因其具有橡胶和塑料的双重优点，可以认为是橡胶和塑料优异性能的结合体。
聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中尤以聚氨酯泡沫塑料的用途最为广泛。
一、聚氨酯的工业合成方法水性聚氨酯的合成过程主要为：①由低聚物多元醇、扩链剂、二异氰酸酯形成中高相对分子质量的PU预聚体；②中和后预聚体在水中乳化，形成分散液。
各种方法在于扩链过程的不同。
1.外乳化法。
该方法是使用最早的制备水性聚氨酯的方法，它是1953年美国DuPont公司W. Yandott发明的，其制备工艺是在有机溶剂中，用两官能团的多元醇与过量的二异氰酸酯反应合成了带有NCO封端的预聚体，再加入适当的乳化剂，经强剪切力作用分散于水介质中并用二元胺进行扩链，但因该方法存在乳化剂用量大，反应时间长以及乳液颗粒粗而导致储存性差，胶层物理机械性能不佳等缺点，目前生产基本不用该方法。
2.自乳化法。
自乳化法通常是在聚氨酯结构中引入部分亲水基，使自身分散形成乳液。
根据亲水基团的类型用该法制得的水性PU可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型4种，其中以阴离子型占主导地位。
其制备方法主要分为丙酮法、预聚物混和法、热熔法、酮亚胺/ 酮连氮法，其共同特点是首先制备相对分子质量适中、端基为NCO或封闭NCOPU预聚体，区别主要在扩链过程中。
目前工业生产主要采用丙酮法和预聚物混和法。
聚氨酯合成工艺
聚氨酯合成工艺路线O 前言聚氨酯是现今合成高分子材料中使用较为广泛、用量较大的一大类合成树脂．按其所制得产品的物理形态可分为弹性体、泡沫、涂料、粘结剂等类。
1 主要原料聚乙二醇（PEG ）Mn=2000g/mol ；二异氰酸酯甲苯（TDI ）；1，4-丁二醇（BDO ）；二丁基锡二月桂酸酯（DBTDL ）。
2 合成路线HOOH nCH 3OCNNCO+调节适当的R 值NCOR 2NCO OH R 1OCNR 2H O NCO预聚体CNR 2H ONCO OH R 1O**n氨基甲酸酯R 2NCO OHR 3O CNH OO R 1OCNH OR 2NCO H *n-1氨基甲酸酯氨基甲酸酯R 2NCO NHR 4NCNH O OR 1OCNH OR 2NCO H n-1氨基甲酸酯**H H脲脲软段硬段线性聚氨酯软段硬段在此，我们采用二元醇BDO 对预聚体进行扩链反应。
扩链反应后所得的聚氨酯中的硬段部分再发生交联反应后就可得到交联聚氨。
⑴二元醇OHR 3OHn-1:⑵二元胺H 2N R 4NH 2n-1:预聚体扩链反应： 预聚反应：交联反应：R 1R 2R 2NCO OHR 3O CNH OOR 1OCNH OR 2NCO H n-1R 2N COOR 3O CNH OOR 1OCNH OR 2NCO H n-1R 2NCO OR 3O CNH O OR 1OCNH OR 2NCO H n-1硬段C N O HN H CO R 22.1 聚醚脱水准确称量一定质量的PEG 于500mL 的三口烧瓶中，升温并抽真空，在内温为110~115℃①，真空度133.3Pa 的条件下，脱水1.5小时②，然后冷却至50℃以下，放入干燥的仪器内密闭保存备用。
说明：①PEG 在125℃会分解，故脱水时温度不能高于此分解温度，应控制在110~115℃。
②异氰酸酯和水反应后会使预聚物的粘度增大，进而使预聚物的贮存稳定性显著降低。
聚氨酯的合成工艺及应用
聚氨酯的合成工艺及应用聚氨酯是一种重要的聚合物材料，其合成工艺繁多，应用领域广泛。
在本文中，我们将着重介绍聚氨酯的合成工艺以及其在各个领域中的应用。
一、聚氨酯的合成工艺1.聚醚型聚氨酯的合成工艺聚醚型聚氨酯的合成主要通过聚醚醇与异氰酸酯反应制得。
首先，将聚醚醇与异氰酸酯按一定的摩尔比例混合，然后在一定的温度下进行反应，生成聚醚型聚氨酯。
这种合成工艺简单易行，产品性能优良，广泛应用于建筑、汽车、医疗等领域。
2.聚酯型聚氨酯的合成工艺聚酯型聚氨酯的合成过程与聚醚型类似，只是反应时所使用的原料不同。
通常是将聚酯醇与异氰酸酯反应制得。
这种类型的聚氨酯具有较好的耐热性和耐化学腐蚀性，适用于制备高性能涂料、粘接剂等。
3.聚氨酯泡沫的合成工艺聚氨酯泡沫的合成主要是通过聚醚醇、异氰酸酯和一定的发泡剂共混，并在一定条件下发生聚合反应，生成聚氨酯泡沫。
该泡沫材料具有较低的密度和良好的隔热、隔音性能，在建筑、交通工具、家具等行业中得到广泛应用。
二、聚氨酯的应用领域1.建筑领域聚氨酯在建筑领域中被广泛应用于保温、防水、防裂等方面。
例如，聚氨酯泡沫可用于制备隔热隔音材料和保温板，聚氨酯涂料可用于屋顶防水涂层、地板涂料等。
2.汽车领域聚氨酯在汽车领域中主要用于制备汽车内饰、座椅、缓冲材料等。
其性能优异，具有良好的弹性和耐磨损性，能够有效提高汽车的舒适性和安全性。
3.医疗领域聚氨酯在医疗领域中被广泛应用于制备医用器械、医用敷料、假体等。
由于聚氨酯具有较好的生物相容性和耐腐蚀性，因此较为适合医疗器械材料。
4.家具领域聚氨酯在家具领域中被用于制备软垫、沙发、床垫等。
其具有良好的弹性和舒适性，因此深受消费者的喜爱。
5.其他领域此外，聚氨酯还被应用于制备运动器材、电子产品外壳、船舶防水涂料、防腐剂等方面。
总之，聚氨酯是一种非常重要且多功能的聚合物材料，其合成工艺繁多，应用领域广泛。
随着技术的不断进步和需求的增长，聚氨酯的应用领域将会更加拓展，为各个领域带来更多的优异性能和价值。
聚氨酯合成原料介绍
聚氨酯合成原料介绍1. 概述聚氨基甲酸酯是指分子主链中含有氨基甲酸酯重复单元链（-OOCNH-）的聚合物的统称，简称聚氨酯（PU）。
绝大多数PU是由多异氰酸酯和含有活泼氢原子的物质如多元醇，加聚反应而成。
其化学反应表达式如图1所示：图1 聚氨酯合成反应表达式由于PU所用原料品类繁多，加工方法各异，性能范围宽广，因而应用领域不断拓展，已成为世界六大发展合成材料之一。
根据IAL Consultants (London)的调查统计和预测，其最终产品全球生产量持续增长。
按最终产品类别分，其分别产量如表1所示。
表1数据显示，硬质泡沫（硬泡）增长速度最快，可能是全球节能法规日益严格，绝热材料需求量应运增长的缘故。
CASE次之，其中热塑性聚氨酯(TPU)树脂深受关注，由它可制备CASE最终产品。
据中国PU工业协会统计，中国PU产品2005年的消费量达300万t,其中含PU树脂干品约218.2万t。
2004年和2003年消费量分别为259万和210.4万t。
表2列出中国近年PU原料和产品的消费量。
2. 聚氨酯合成基本原料2.1 多异氰酸酯纵观整个聚氨酯化学，可以说几乎都和异氰酸酯的反应活性有着密切的关系。
多异氰酸酯系聚氨酯的关键原料，其通式为：R-(N=C=O)n, n=2~4。
其极高的反应性，特别是对亲核反应物的反应性，主要是由含有氮、碳及氧的积累双键区中碳原子的正电特性所决定的。
异氰酸酯基团中的电子密度及电荷分布可如图2所示：图2异氰酸酯基团中的电子密度及电荷分布由异氰酸酯基团的共振结构表明，碳原子上的正电荷明显，且其取代基对它的反应性有显著影响。
若R为芳基，负电荷就由氮原子吸引到芳核上，使碳原子上的正电荷增加。
这就是芳香族异氰酸酯的反应性显著高于脂肪族的原因。
苯核上取代基对异氰酸酯基正电特性的影响是人所共知的：在对位或邻位上的吸电子取代基可增加异氰酸酯基的反应性，而给电子取代基则降低其反应性。
表3列出常用的多异氰酸酯。
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。
聚氨酯的合成原理和应用
聚氨酯的合成原理和应用1. 聚氨酯的合成原理聚氨酯是一种重要的高分子化合物，其合成原理主要涉及两个基本原理：异氰酸酯与双醇的反应以及异氰酸酯与双胺的反应。
1.1 异氰酸酯与双醇的反应聚氨酯的合成通常采用异氰酸酯与双醇的反应，这个过程被称为聚合反应。
具体步骤如下：1.首先，将异氰酸酯与双醇按照一定的摩尔比例混合在一起，形成反应物混合物。
2.混合物中的异氰酸酯与双醇发生缩聚反应，形成聚氨酯基团。
3.反应继续进行，直到所有异氰酸酯和双醇都完全反应为止。
4.最后，通过适当的后处理，如加热、减压等，将未反应的异氰酸酯分子去除，得到纯净的聚氨酯。
1.2 异氰酸酯与双胺的反应聚氨酯的合成还可以通过异氰酸酯与双胺的反应实现。
这个过程被称为胺化反应。
具体步骤如下：1.将异氰酸酯与双胺按照一定的摩尔比例混合在一起，形成反应物混合物。
2.混合物中的异氰酸酯与双胺发生胺化反应，形成聚氨酯基团。
3.反应继续进行，直到所有异氰酸酯和双胺都完全反应为止。
4.最后，通过适当的后处理，如加热、减压等，将未反应的异氰酸酯分子去除，得到纯净的聚氨酯。
2. 聚氨酯的应用聚氨酯由于其优良的性能和可调控的结构，被广泛应用于各个领域。
以下是聚氨酯的主要应用领域：•建筑行业：聚氨酯用作建筑保温材料、密封材料和粘接材料，能够有效提高建筑物的隔热性能和密封性能。
•汽车行业：聚氨酯用作汽车座椅、内饰件和减震器等部件的材料，具有良好的耐磨性、耐高温性和抗老化性。
•电子行业：聚氨酯用作电子产品的绝缘材料和封装材料，能够提供良好的电绝缘性能和机械保护性能。
•航空航天行业：聚氨酯用作飞机和火箭等航空器的结构材料，具有轻质、高强度和耐腐蚀等特点。
•家居用品：聚氨酯用作家具、地板和床垫等生活用品的材料，能够提供舒适性和耐用性。
•医疗行业：聚氨酯用作人工心脏瓣膜、人工关节和医用器械等医疗器械的材料，具有生物相容性和耐腐蚀性。
综上所述，聚氨酯的合成原理涉及异氰酸酯与双醇的反应以及异氰酸酯与双胺的反应。
聚氨酯的合成、性能及应用
聚氨酯的合成和产品的性能及应用分析一介绍：聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。
目前我国聚氨酯制品品种牌号约80种，其中弹性体60余种，泡沫塑料10余种，聚氨酯制品具有强度好、抗压大、抗撕裂性能好、耐磨等性能，产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空.二．基本聚氨酯的合成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聚氨基甲酸酯子化合物。
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+HO- → -NH-COO-随着时间的推移与科学的进步，简单的聚氨酯不能满足人们的需要，因此增加了许多的合成材料。
以下主要介绍水性聚氨酯的合成（一）聚氨酯的合成之水性聚氨酯水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。
水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。
根据聚氨酯的水性化方法划分根据制备方法有多种分类。
举例如下。
(1)自乳化法和外乳化法自乳化法又称内乳化法，是指聚氨酯链段中含有亲水性成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法。
外乳化法又称为强制乳化法，若分子链中仅含少量不足以自乳化的亲水性链段或基团，或完全不含亲水性成分，此时必须添加乳化剂，才能得到乳液。
比较而言，外乳化法制备的乳液中，由于亲水性小分子乳化剂的残留，影响固化后聚氨酯胶膜的性能，而自乳化法消除了此弊病。
水性聚氨酯的制备目前以离子型自乳化法为主。
(2)预聚体法、丙酮法、熔融分散法自乳化法制水性聚氨酯最常用的方法有预聚体分散法和丙酮法。
预聚体法即在预聚体中导人亲水成分，得到一定粘度范围的预聚体，在水中乳化同时进行链增长，制备稳定的水性聚氨酯(水性聚氨酯-脲)。
丙酮法属于溶液法，是以有机溶剂稀释或溶解聚氨酯(或预聚体)，再进行乳化的方法。
水性聚氨酯生产工艺-水性聚氨酯的合成
第4 章艺技术方案4.1工艺技术4.1.1技改前工艺技术企业现有1万吨溶剂型聚氨酯生产线，生产方式采用间歇式，分为多元醇合成和聚氨酯合成两个工序，工艺流程如图4-1，4-2所示。
图4-1多元醇合成流程图图4-2聚氟酯合成流程图从流程图可看出，聚氨酯合成首先由脂肪族二元醇乙二醇、1，4 丁二醇和脂肪族二元羧酸己二酸酯化、聚合生成中间体多元醇，再由多元醇和异氰酸酯在溶剂二甲基甲酰胺、甲苯、丁酮的作用下聚合而成。
生产过程中所用二甲基甲酰胺等溶剂或多或少具有一些毒害性，在整个生产所需的原辅材料中所占比例高达70%。
4.1.2技改后工艺技术4.121工艺流程图技改后，生产方式仍为间歇式，首先由小分子醇和酸酯化、聚合生成多元醇，多元醇再和MDI以去离子水为溶剂，经过扩链剂扩链聚合生成水性聚氨酯树脂。
聚酯多元醇的合成方法和技改前相同，聚氨酯合成工序用溶有扩链剂的去离子水代替有机溶剂，工艺也有所改进, 具体流程如下。
(1)聚酯多元醇的合成聚酯多元醇的合成工序流程图同图4-1。
图4・3水性聚氨酯树脂生产工艺流程图4.1.2.2工艺流程简述（1 ）聚酯多元醇合成工艺流程说明 半成品聚酯多元醇合成工艺与技改前相同， 由脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇按一定摩尔比反应制得。
a ：在常温常压下按照工艺配比要求向反应釡中加入乙二醇、 式是管道输送，开启搅拌装置搅拌物料；b :预聚合：测定聚合物酸值达一定值后， 人工加入催化剂反应 30分钟，启动真空泵对反应 釡抽真空以降低酸值提高聚合物分子量， 打开氮气控制阀向反应釡通入氮气， 氮气作用是防 止釡内物料氧化，同时起到搅拌作用；C ：缩聚合：启动油封式真空泵增加真空度除去残余的水分子和小分子醇，提高聚合物分子 量；。
（2 ）水性聚氨酯合成工艺流程说明水性聚氨酯树脂合成采用预聚体分散法，由聚酯多元醇和异氰酸酯常压下预聚， 预聚体经中和剂中和后， 在较低温度下向预聚体中加入溶有扩链 剂的去离子水，边扩链边分散制备而来。
第十章 聚氨酯生产工艺
㈡、聚氨酯涂料生产中的几个主要问题：
聚氨酯涂料的品种繁多，在工业中使用已有数十 年的历史，近年来在品种和数量上都有显著的增长。 聚氨酯涂料生产中的几个主要问题： ⒈ 在制备聚氨酯涂料时，所用的原料及预聚物中 不能含有水，否则将使涂料在涂料罐中产生CO2而出 现鼓泡现象，这将使涂膜产生小泡，严重时产生凝胶 而不能使用。
C N R N C O + H2N + O C N R" R NH2 N C O
O
H O H O C N R
H O H R N C O
N C N R" N C N 取代脲基
㈡ 次级反应（固化反应）
次级反应包括两种：生成脲基甲酸酯基的反应和生 成缩二脲基的反应。
1、生成脲基甲酸酯基的反应（交联反应）
团，而且大分子中还含有聚醚或聚酯柔性链段，使得聚
氨酯具有以下特点： 性。
① 较高的机械强度和氧化稳定性； ② 具有较高的柔曲性和回弹性； ③ 具有优良的耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火 由于聚氨酯具有很多优异的性能，所以其具有广泛 的用途。
聚氨酯涂料的生产工艺 一、概述 以聚氨酯树脂作为主要成膜物质，再配以颜料、 溶剂、催化剂及其他辅助材料等所组成的涂料，称为 聚氨酯涂料。 ㈠聚氨酯涂料的特点 1、聚氨酯涂料成膜后，因其大分子结构中含有相 当数量的氨酯键和脲键等，故而决定了该涂料具有优 良的耐磨性和较高的硬度。与其他类型的涂料相比， 在相同的硬度条件下，由于氢键的作用以及脲键的存 在，聚氨酯涂膜的扯断伸长率最高，耐磨耗最佳，所 以广泛地用于地板漆、甲板漆、飞机蒙皮漆、塑胶跑 道以及马路划线漆等。
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聚氨酯的工业合成
20世纪40年代，德国Bayer实验室用二异氰酸酯及多元醇为原料，制得了硬质泡沫塑料等聚氨酯样品。
美国于1946年起开展了硬质聚氨酯泡沫塑料的研究，产品用于飞机夹心板材部件。
1952年，Bayer公司报道了聚酯型软质聚氯酯泡沫塑料中试研究成果；1952—1954年，又开发连续方法生产聚酯型软质聚氨酯泡沫塑料技术，并开发了相应的生产设备；1961年，采用蒸汽压较低的多异氰酸酯PAPI制备硬质聚氨酯泡沫塑料，提高了硬质制品的性能和减少了施工时的毒性，并应用于现场喷涂工艺，使硬质泡沫塑料的应用范围进一步扩大。
由于价格较低的聚醚多元醇在60年代的大量生产，以及一步法和连续法软泡生产工艺及设备的开发，聚氨酯软泡获得应用。
60年代中期，冷熟化半硬泡和自结皮模塑泡沫被开发，70年代在高活性聚醚多元醇的基础上开发了冷熟化高回弹泡沫。
70年代开发了聚氨酯软泡的Maxfoam平顶发泡工艺、垂直发泡工艺，使块状聚氨酯软泡的工艺趋于成熟。
后来，随着各种新型聚醚多元醇及匀泡剂的开发，还开发了各种模塑聚氨酯泡沫塑料[3]。
1. 水性聚氨酯的合成方法
水性聚氨酯的合成过程主要为：①由低聚物多元醇、扩链剂、二异氰酸酯形成中高相对分子质量的PU预聚体；②中和后预聚体在水中乳化,形成分散液。
各种方法在于扩链过程的不同。
1.1 外乳化法
该方法是使用最早的制备水性聚氨酯的方法,它是1953年美国DuPont公司W. Yandott发明的,其制备工艺是在有机溶剂中,用两官能团的多元醇与过量的二异氰酸酯反应合成了带有NCO封端的预聚体,再加入适当的乳化剂,经强剪切力作用分散于水介质中并用二元胺进行扩链,但因该方法存在乳化剂用量大,反应时间长以及乳液颗粒粗而导致储存性差,胶层物理机械性能不佳等缺点,目前生产基本不用该方法。
1.2 自乳化法
自乳化法通常是在聚氨酯结构中引入部分亲水基,使自身分散形成乳液。
根据亲水基团的类型用该法制得的水性PU可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型4种,其中以阴离子型占主导地位。
其制备方法主要分为丙酮法、预聚物混和法、热熔法、酮亚胺/ 酮连氮法,其共同特点是首先制备相对分子质量适中、端基为NCO或封闭NCO PU预聚体,区别主要在扩链过程中。
目前工业生产主要采用丙酮法和预聚物混和法。
其合成工艺如下。
（数据来源：五泰信息咨询 市场调研报告)（市场调研报告)（数据来源： )
1.2.1 丙酮法
先制得含NCO端基的高粘度预聚体,再加入丙酮以降低粘度,然后用亲水单体扩链,在高速搅拌下加入水中,通过强力剪切作用使之分散在水中,乳化后减压蒸馏回收溶剂即可制得PU水分散体系。
清华大学胡飞[3]等将聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸和少量的N-甲基吡咯烷酮加入装有滴液漏斗和搅拌器的三口烧瓶中,搅拌溶解后,加入TDI和催化剂,升温至75℃,反应2h加入适量的丙烯酸羟丙酯,继续反应2h,降温至50℃,加入丙酮稀释,以三乙胺中和后,加水分散,蒸出丙酮后,得固体含量为30%左右的水性端烯基聚氨酯。
该方法合成的水性PU 具有优良的硬度、防雾性能和抗冲击强度。
华南理工大学陈焕钦[4]等将MDI(4,4-亚甲基-二苯基二异氰酸酯)和MEK(甲乙酮) 在氮气的保护下加入带有搅拌器、温度计的四口烧瓶中,然后在缓慢搅拌下加入PPG(聚丙烯二醇) ,混和物在75℃下反应直至达到理论NCO值(用二丁胺滴定)。
端NCO预聚体用DMPA(二羟甲基丙酸)和BDO(1,4-丁二醇)在75℃下扩链直至在IR谱图中NCO峰(2270cm- 1) 消失。
COOH含量可以通过DMPA和BDO的相对量控制, 最后溶液的固体分别通过加入适量的MEK调节为40%(质量分数) ,然后用TEA 中和,将混和物在60℃下反应30min得到阴离子聚氨酯的甲乙酮,再在25℃、搅拌速率为300r/ min下将去离子水慢慢加入预聚体中。
取样测定粘度为1×10 - 2 Pa·s 时,用旋转蒸发器除去甲乙酮得到固含量为20%的水性分散体。
该方法主要在于对COOH含量的控制,实验表明当含有COOH 0.18 % —11.1% ( 1718mmol —2414mmol 每100gPU) 和NCO/OH的值为3时得到的阴离子聚氨酯能形成稳定的分散体。
该方法制备的水性PU产品质量和生产的重复性好。
用丙酮法制备水性PU,它重复性好,乳液粒径易控制,是目前使用最多的方法之一,但该方法要耗费大量的有机溶剂且难以回收,工艺复杂、成本高。
1.2.2 预聚物混和法
该方法是先制备带亲水基团并含NCO端基的预聚物,然后分散在水中,制成水分散体。
德国Bayer公司的一项专利里报道,将丙氧基化2-烯-1,4-丁二醇与亚硫酸氢钠的加成物(Mw301)15.12g于80℃加入到聚乙二醇酯二醇(Mw2143) 42.9g中,混和物均匀加入87.15 g MDI ,80℃反应至NCO 含量为11.6 %得到含磺酸钠基团的聚氨酯预聚体,将该预聚体在浓度为21.3%的乙二胺基异磺酸钠水溶液842g中乳化得到固含量为38%粘度为8 Pa·s的聚氨酯乳液。
陕西科技大学卿宁[5]等将聚酯二醇或四氢呋喃、IPDI、DMPA加入反应器A混和于一定温度下反应至NCO含量达理论值;在反应器B 中加入聚酯二醇或聚四氢呋喃、IPDI、DMPA,于一定温度反应至NCO 含量达理论值;向两种预聚体分别同时加入TEA中和成盐。
充分中和后同时倒入去离子水的罐中高速剪切分散,然后迅速加入扩链剂乙二胺的水溶液,形成了核壳结构的预聚体,同步的在水中扩链使相对分子质量进一步提高,使核和壳两组分之间的物理缠绕得到加强并最终形成水性核壳交联型聚氨酯。
该方法形成的水性PU具有较高强度的耐磨、耐水、耐热、抗老化性能,而且施工安全方便。
综上所述采用预聚物混和法制备的水性聚氨酯其工艺相比丙酮法简单,是无须使用有机溶剂,使成本降低,但产品质量不如丙酮法。
1.2.3 融熔分散法
这是一种不需溶剂的制备方法。
先制成含亲水基团NCO封端预聚物,与尿素反应, 生成亲水性的缩二脲预聚物,分散在水中,与甲醛反
应进行扩链或交联。
但分散过程需特别大功率搅拌器, 缩聚反应温度高, 生成的水分散体为支链结构, 相对分子质量较低。
1.2.4 酮亚胺/酮连氮法
该方法使用封闭型二元胺(酮亚胺或酮连氮)作为潜扩链剂加到亲水性NCO能封端预聚物中, 二者不会发生作用, 当水分散该混合物时, 由于酮亚胺的水解速度比NCO与水的反应速度快, 释放出二元胺与预聚物反应, 生成扩链的聚氨酯-脲。
该法制备的涂膜较好。
德国Bayer 公司以bay bond的商品名出售。
除了以上提到的方法, 还有其他方法。
例如, 一种制备水性聚氨酯的方法是用含氨基甲酸酯的不饱和物与丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其他不饱和单体进行自由基聚合, 该反应不是利用氨基甲酸酯或脲基团进行反应, 而是聚合形成C—C键, 利用自身的亲水性制得水性。