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聚氨酯入门大学堂

文章出处:原创网责任编辑:小莉作者:小莉人气:-发表时间:2014-11-20 10:28:00

   聚氨酯

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。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。根据所用原料的不同,可有不同性质的产品,一般为聚酯型和聚醚型两类。可用于制造塑料、橡胶、纤维、硬质和软质泡沫塑料、胶粘剂和涂料等。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建筑、汽车、轻工、纺织、石化、冶金、电子、国防、医疗、机械等众多领域。


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10多年发展较快。

原料篇

我们通常意义上所说的TDI、MDI、AA等产品属于聚氨酯原料,而不能称为聚氨酯产品。聚氨酯原料主要包括:异氰酸酯、聚酯多元醇(由多元醇和多元酸反应生成,常用的多元酸有己二酸,常用多元醇有1,2丁二醇、乙二醇等)、聚醚多元醇(常用的有PPG、POP、PTMEG等)、溶剂(常用的有DMF、TOL、MEK等)、扩链剂(常用的有BDO)以及各种助剂。


异氰酸酯
异氰酸酯是异氰酸的各种酯的总称。若以-NCO基团的数量分类,包括单异氰酸酯R-N=C=O和二异氰酸酯O=C=N-R-N=C=O及多异氰酸酯等。目前应用最广、产量最大的是有:甲苯二异氰酸酯(Toluene Diisocyanate,简称TDI);二苯基甲烷二异氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,简称MDI)。

TDI
甲苯二异氰酸酯简称TDI,主要应用于软泡、涂料、弹性体、胶粘剂。其中软泡是最大的一块消费领域,占了70%以上,涂料占了15%以上。
软质聚氨酯泡沫材料在家具、建筑和运输领域有广泛的应用。另外,TDI还可以用于生产硬质聚氨酯泡沫材料、胶粘剂、混凝土密封剂、尼龙-6交联剂、聚氨酯涂料和聚氨酯弹性体中间体。


MDI二苯基甲烷二异氰酸酯简称MDI,产品可分为纯MDI、聚合MDI、液化MDI、改性MDI等。

纯MDI主要用于生产浆料、鞋底原液、氨纶、TPU和聚脲喷涂等。

聚合MDI主要用于生产聚氨酯硬泡、CASE领域。聚氨酯硬泡广泛应用于保温行业,如冰箱冰柜、太阳能热水器、保温管道等,同时还可用于生产仿木家具、PU板材等。


多亚甲基多苯基多异氰酸酯
多苯基多亚甲基多异氰酸酯,简称PAPI,或称粗MDI。PAPI实际上是由50%MDI与50%官能度大于2以上的多异氰酸酯组成的混合物。升温时能发生自聚作用。溶于氯苯、邻二氯苯、甲苯等。PAPI的活性低,蒸气压低,只是TDI的百分之一,故毒性很低。用于制造聚氨脂胶粘剂。也可直接加入橡胶胶粘剂中,改善橡胶与尼龙或聚酯线的粘接性能。


其他异氰酸酯(HDI等)
其他异氰酸酯有1,6-已二异氰酸酯(HDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、萘-1,5-二异氰酸酯(NDI)等。后两种产品目前在国内市场应用不多,而HDI因为其耐黄性能良好的优点将替代TDI在涂料行业广泛使用,目前在一些车用高档漆中使用HDI已相当普及。

多元醇
聚酯多元醇
聚酯多元醇通常是由有机二元羧酸(酸酐或酯)与多元醇(包括二醇)缩合(或酯交换)或由内酯与多元醇聚合而成。二元酸有苯二甲酸或苯二甲酸酐或其酯、己二酸、卤代苯二甲酸等。多元醇有乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等。


己二酸
己二酸简称AA,在尼龙66盐中,主要用于制己二腈进而生产己二胺,并与己二胺合成生产聚酰胺66(尼龙66),聚酰胺66可作为工程塑料与锦纶纤维。
己二酸在聚氨酯领域最重要的用途是生产聚氨酯弹性体,是PU树脂和鞋底原液厂的主要原料。与二元醇反应生成聚酯多元醇,用以与纯MDI,和其他溶剂生产浆料或者鞋底原液。此外还可用于胶粘剂、增塑剂、聚酯多元醇,TPU等。


1,4-丁二醇
BDO全称为1,4-丁二醇,主要用于生产四氢呋喃(THF)、g-丁内酯(GBL)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚氨酯领域等。在聚氨酯领域中,可用于生产浆料、鞋底原液、TPU、氨纶等。


目前全球可工业化生产的BDO生产工艺技术主要有四种:Reppe法、丁二烯法、丁烷/顺酐法、环氧丙烷/丙烯醇法
乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇这几种产品和BDO一样,在PU行业中主要应用于聚酯多元醇的原料。但相对BDO来说,这几种多元醇在PU行业应用当中比率非常小。


聚醚多元醇
聚醚多元醇(简称聚醚,统称PPG)是环氧丙烷的重要衍生产品,是合成聚氨酯的主要原料之一。由于起始剂种类的不同,生产的聚醚可分为软泡聚醚、硬泡聚醚和弹性体聚醚。


聚醚多元醇最大的用途是生产聚氨酯塑料;其次用作表面活性剂,如泡沫稳定剂、造纸工业消泡剂、原油破乳剂、油井酸处理润湿剂及高效低泡洗涤剂等;也用做润滑剂、液压流体、热交换流体及淬火剂、乳胶发泡剂、多种切削和牵伸剂组分及专用溶剂等。


聚四亚甲基醚二醇
聚四亚甲基醚二醇,简称PTMEG,是聚氢呋喃的聚合物。主要用来生产聚氨酯弹性纤维(即氨纶)、聚氨酯弹性体、合成革、涂料助剂、胶粘剂、密封胶以及聚酰胺等。

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