聚氨酯

介紹

聚氨酯，是在大分子主鏈中含有氨基甲酸酯基的聚合物稱為聚氨基甲酸酯，簡稱聚氨酯。聚氨酯分為聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯兩大類。聚酯型是以二異氰酸酯和端羥基聚酯為原料製備的聚氨酯。聚醚型聚氨酯是以二異氰酸酯和端羥基聚醚為原料製備的聚氨酯。

合成聚氨酯的主要原料是有機多元異氰酸酯和端羥基化合物。

套用於聚氨酯樹脂的有機多元異氰酸酯，按-NCO基團的數目可分為二元異氰酸酯、三元異氰酸酯及聚合型異氰酸酯三大類。其中最重要的是甲苯二異氰酸酯，共有3種規格：

TDI一100：含100%的2，4一甲苯二異氰酸酯。

TDI一80：含80%的2，4一甲苯二異氰酸酯，20%的2，6一甲苯二異氰酸酯。

TDI一65：含65%的2，4一甲苯二異氰酸酯，35%的2，6一甲苯二異氰酸酯。

這3種規格的TDI是由於原料甲苯二胺的製法不同分別製得的。

端羥基化合物有兩類，即端羥基聚酯和端羥基聚醚。

①端羥基聚酯二元酸和過量的二元醇經混縮聚反應製得，其相對分子質量為1000~3000的蠟狀或液態低聚物。聚合反應簡式可表示為：

②端羥基聚醚端羥基聚醚是以環氧乙烷、環氧丙烷或四氫呋喃等環氧化合物為單體，用丙二醇、丁二醇、甘油等化合物為起始劑，經離子開環聚合反應製得。

如端羥基聚四氫呋哺的製備：四氫呋喃為五元環單體，環張力較小，聚合活性較低，反應速度較慢，在較強的含氫酸高氯酸催化作用下，用醋酸酐作載體，進行陽離子開環聚合，可以合成相對分子質量為1000~3000的端羥基聚四氫呋喃。

反應簡式可表示為：

合成聚氨酯的反應包括初級反應和次級反應。

初級反應包括預聚反應和擴鏈反應。

①預聚反應端羥基聚合物和過量的二異氰酸酯通過逐步加成聚合反應生成含有異氰酸基端基-N=C=O的低聚體的反應，反應簡式為：

②擴鏈反應預聚體與含有活潑氫的化合物（如水、胺類和聯苯胺類等化合物）反應生成取代脲基，使相對分子質量增加。擴鏈反應只與預聚體的端基有關，擴鏈反應可表示為：

次級反應包括兩種，即生成脲基甲酸酯基的反應和生成縮二脲基的反應。

①生成脲基甲酸酯基的反應體系中存在的過量的-NCO端基和主鏈上的氨基甲酸酯基-NHCOO-反應生成脲基甲酸酯基而交聯：

②生成縮二脲基的反應體系中存在的過量的-N=C=O端基和擴鏈反應中形成的取代脲基-NHCONH-反應，生成縮二脲基而交聯，即

通過次級反應，聚合物的分子結構由線型結構變為體型結構，因此，次級反應也就是固化反應。由於反應條件不同、二異氰酸酯的種類不同、二異氰酸酯與端羥基化合物的比例不同、端羥基化合物的種類、端羥基化合物的相對分子質量不同，聚氨酯的結構有很大差別。