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什么是聚氨酯?

日期:2020-02-17

聚氨酯(PUR和PU)是由氨基甲酸酯(氨基甲酸酯)连接的有机单元组成的聚合物。虽然大多数聚氨酯是热固性聚合物,加热时不熔化,热塑性聚氨酯也可用。

聚氨酯聚合物通常是由二异氰酸酯或三异氰酸酯与多元醇反应形成的。由于聚氨酯含有两种类型的单体,它们一种接一种地聚合,因此被归类为交替共聚物。用于制造聚氨酯的异氰酸酯和多元醇平均每个分子含有两个或多个官能团。

聚氨酯用于制造高弹性泡沫阀座、硬质泡沫保温板、微孔泡沫密封件和垫圈、耐用的弹性车轮和轮胎(如过山车、自动扶梯、购物车、电梯和滑板车轮)、汽车悬架衬套、电气灌封料,高性能粘合剂、表面涂层和表面密封剂、合成纤维(如氨纶)、地毯衬垫、硬塑料部件(如电子仪器)、避孕套[1]和软管。

历史

聚氨酯泡沫特写
聚氨酯泡沫,特写

奥托拜耳和他的同事在伊格法本在勒沃库森,德国,第一次制造聚氨酯在1937年。新的聚合物比现有的由烯烃聚合或缩聚制得的塑料有一些优点,早期的工作主要集中在纤维和柔性泡沫的生产上,而PUs在第二次世界大战期间被应用在飞机涂层上。在1952,多异氰酸酯成为商业上可用的,并且在1954使用甲苯生产软质聚氨酯泡沫。二异氰酸酯(TDI)和聚酯多元醇。这些材料也被用于生产硬质泡沫、橡胶和弹性体。以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1,4-丁二醇(BDO)为原料制备了线型纤维。

1956年杜邦公司引进了聚醚多元醇,特别是聚(四亚甲基醚)乙二醇,巴斯夫和陶氏化学公司于1957年开始销售聚烷基二醇。聚醚多元醇比聚酯多元醇更便宜、更易处理、更耐水,因而越来越受欢迎。联合碳化物和Mobay,美国孟山都/拜耳合资公司,也开始生产聚氨酯化学品。在1960,超过45000吨的软质聚氨酯泡沫塑料被生产出来。氯氟烷发泡剂、廉价的聚醚多元醇和亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)的可用性使得聚氨酯硬质泡沫可以用作高性能绝缘材料。1967年,聚氨酯改性聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料问世,具有更好的热稳定性和阻燃性。在20世纪60年代,汽车内部的安全部件,如仪表板和门板,都是用半硬质泡沫填充热塑性塑料皮制成的。

1969年,拜耳在德国杜塞尔多夫展出了一辆全塑料汽车。这辆车的一些部件,如仪表板和车身面板,是用一种称为反应注射成型(RIM)的新工艺制造的,在这种工艺中,反应物被混合,然后注射到模具中。填料(如磨碎玻璃、云母和加工矿物纤维)的加入,产生了增强轮辋(RRIM),改善了弯曲模量(刚度)、降低了热膨胀系数和更好的热稳定性。1983年,这项技术被用于制造美国第一辆塑料车身汽车Pontiac Fiero。通过将预先放置的玻璃垫放入轮辋模具型腔(也被广泛称为树脂注射成型或结构轮辋)中,进一步增加了刚度。

从20世纪80年代初开始,用水发泡微孔柔性泡沫用于模制汽车覆盖件和空气过滤器密封垫,替代PVC聚合物。聚氨酯泡沫塑料在汽车领域得到了广泛的应用,目前已应用于高温滤油器中。

聚氨酯泡沫(包括泡沫橡胶)有时使用少量发泡剂制造,以提供较低密度的泡沫、更好的缓冲/能量吸收或隔热。20世纪90年代初,由于其对臭氧消耗的影响,《蒙特利尔议定书》限制了许多含氯发泡剂的使用,如三氯氟甲烷(CFC-11)。20世纪90年代末,发泡剂如二氧化碳、戊烷、1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)和1,1,1,3-三氟丙烷(HFC-245FA)在北美洲和欧盟得到了广泛应用,但在许多发展中国家仍使用氯化发泡剂。1,1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)作为替代发泡剂于21世纪初在发展中国家被引入。

聚氨酯产品通常简称为“聚氨酯”,但不应与氨基甲酸乙酯混淆,氨基甲酸乙酯又称。