聚氨酯的生产工艺研究(3)

聚氨酯的生产工艺研究

字数：2777

来源：商情2015年33期字体：大中小打印当页正文

【摘要】聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，是一种产品形态多样的多用途合成树脂。聚氨酯材料是目前国际上性能最好的保温材料。主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。本文主要介绍了聚氨酯树脂的物理化学性质，并重点介绍了聚氨酯树脂的生产工艺及方法，以及聚氨酯巨大的发展前景。

【关键词】4，4-二苯甲烷二异氰酸酯，聚氨酯，性质，生产方法，应用，发展

1.前言

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，英文名称是Polyurethane，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。应用领域涉及建筑、汽车、轻工、纺织、石化、冶金、电子、国防、医疗、机械……。随着国际化、全球化程度的加深和中国这一全球最大聚氨酯市场的进一步显现，众多的国际聚氨酯企业集团在我国实现本土化的进程加快，同时国内企业也开始迈出国门，未来五年我国聚氨酯工业仍处于快速增长期。

2.物化性质

2.1物理性质

主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。由异氰酸酯（单体）与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性溶剂，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围（-50～150℃）的材料，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。

常用的单体如甲苯二异氰酸酯、二异氰酸酯二苯甲烷等。多元醇分3类：简单多元醇（乙二醇、丙三醇等）；含末端羟基的聚酯低聚物，用来制备聚酯型聚氨酯；含末端羟基的聚醚低聚物，用来制备聚醚型聚氨酯。聚合方法随材料性质而不同。合成弹性体时先制备低分子量二元醇，再与过量芳族异氰酸酯反应，生成异氰酸酯为端基的预聚物，再同丁二醇扩链，得到热塑弹性体；若用芳族二胺扩链并进一步交联，得到浇铸型弹性体。预聚物用肼或二元胺扩链，得到弹性纤维；异氰酸酯过量较多的预聚体与催化剂、发泡剂混合，可直接得到硬质泡沫塑料。如将单体、聚醚、水、催化剂等混合，一步反应即可得到软质泡沫塑料。单体与多元醇在溶液中反应，可得到涂料；胶粘剂则以多异氰酸酯单体和低分子量聚酯或聚醚在使用时混合并进行反应。

聚氨酯弹性体用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等；软质泡沫体用于车辆、居室、服装的衬垫，硬质泡沫体用作隔热、吸音、包装、绝缘以及低发泡合成木材，涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护等。

2.2理化性质。在大分子主链上含有-NHCOO-基团的重复结构单元的聚合物统称为聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯（PU）。它是由有机多异氰酸酯与聚醚型或聚酯型多元醇反应制得。人们常见的聚氨酯塑料多以软、硬泡沫体的形式出现。

2.2.1硬质聚醚型聚氨酯泡沫塑料

理化性质：密度：0.04～0.06g/cm3，拉伸强度：0.147MPa，弯曲强度：0.196MPa，导热系数：0.035W/（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，亦可制得自熄性产品。

用途：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。

2.2.2硬质聚酯型聚氨酯泡沫塑料

理化性质：密度：0.0368 g/cm3，拉伸强度：0.414MPa，压缩强度（10% 处变形）：0.323MPa，导热系数：0.035W/（m·K）。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。

用途：应用领域类似于硬质聚醚型聚氨酯泡沫塑料，当制品对强度、耐温性要求较高时，用聚酯型硬泡较为合适。如雷达天线罩的夹层材料，飞机、船舶上的三层结构材料，电器、仪表、设备的隔热材料和防震包装材料。

2.2.3软质聚醚型聚氨酯泡沫塑料。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。不同密度的软泡沫塑料，其主要用途有些差别。

2.3.4软质聚酯型聚氨酯泡沫塑料。用途：主要用作服装、鞋帽衬里，垫肩和精密仪器的防震包装等。

3.生产方法

MDI（4，4-二苯甲烷二异氰酸酯）是一种重要的异氰酸酯产品，是聚氨酯（PU）产品的主要原料。PU制品具有塑料和橡胶的双重优点，是目前世界上获得迅速发展的高分子合成材料，广泛用作建筑、汽车、船舶、制鞋、磁带、航空、电子、玻璃纤维、金属等的粘合剂，是目前世界上发展迅速的高分子合成材料之一，是当今世界的朝阳产业。

目前MDI生产方法有光气法和非光气法两种。

3.1光气法。用苯胺与甲醛在酸性情况下进行缩合反应是国外生产MDI完全成熟的技术路线，反应物用碱中和后进行蒸馏，得到二苯基甲烷二胺（MDA）。将MDA用溶剂溶解后，再进行光气化反应制成多苯基多异氰酸酯4，4-MDI，2，2-MDI或混合PMDI，再进行蒸馏精制，得纯MDI。液相光气法是目前国内外生产的主要方法。

液相光气法虽然工艺成熟，但使用的光气易挥发，剧毒，存在巨大的潜在性事故隐患，并且存在技术要求复杂、环境污染大、反应过成中产生的氨化氢对设备腐蚀严重，而且纯MDI的收率和质量也较低，产品中含氨化合物不易分离等缺点。目前，拜耳、亨斯曼、巴斯夫等少数几个跨国化工巨头以及中国拥有该产品生产的核心技术。

3.2非光气法。目前MDI的生产采用光气法，该方法使用剧毒的光气作原料，且副产盐酸，污染环境，因此终将被淘汰。非光气法，污染较小，收率高，开发MDI的非光气工艺具有很好的应用前景。

4.结论

聚氨酯作为世界六大合成材料之一，在快速发展，就应用广度而言，已跃居诸种合成材料的首位，快速增长重心已转到亚洲特别是中国，并在中国形成集聚效应，但技术研发中心仍在欧美。可以预料，随着科技的进步及新应用领域的拓展，聚氨酯产业的发展将为人们带来更为便利和舒适的生活。而中国这一具有巨大潜力的市场，在吸收了世界水平的技术和规模装置后，必将成为世界聚氨酯产业发展的动力。