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聚氨酯树脂材料的应用

浏览:649次 发布日期:2019-05-14 字号:  

聚氨酯(PU)是含有氨基甲酸酯(NHCO0-)·基团的聚合物,通常由异氰酸酯(含有-NCO基团)或其加成物与含活泼氢(主要是羟基中的活泼氢)的聚多元醇反应而成。自本世纪30年代末问世以来,它的应用领域不断拓宽,产量逐年增加,发展非常迅速,被誉为“第五大塑料”。聚氨酯树脂具有高强度、耐磨耗、抗撕裂、挠曲性能好、耐油、耐化学腐蚀和良好的血液相容性等优点。聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革以及辅面材料等品种,它广泛应用于机电、船舶、土木建筑、轻工以及纺织等部门,在材料工业中占有相当重要的比例;因此,各国都竞相发展聚氨酯树脂工业。

各种聚氨酯材料的具体应用如下:

1.聚氨酯泡沫塑料

由大量微细孔及聚氨酯树脂孔壁经络组成的多空性聚氨酯材料,一般称之为聚氨酯泡沫塑料.聚氨酯泡沫性能优良,与其它泡沫塑料相比,聚氨酯泡沫塑料的具有许多特色,除密度低以外,还具有无臭、透气(软泡)、高绝热性(硬泡) 、泡孔均匀、耐老化、一定的耐有机溶剂侵蚀等特性,对金属、木材、玻璃、砖石、纤维等有很强的粘附性,为其它泡沫塑料所不及。聚氨酯泡沫是聚氨酯材料中最主要的产品,约占聚氨酯总产量的8O%,其品种主要有软泡、半硬泡和硬泡三种。软泡主要用于家具垫材、床垫、车辆坐垫、织物复合制品、包装和隔音材料,硬泡也广泛用于航天、船舶、石油、电子设备、车辆、食品等部门。

未经阻燃处理的PU硬泡氧指数仅为l7左右,属易燃材料,燃烧过程中放出HCNCO等有毒气体,给灭火及火场逃生带来很大的困难。针对与此,进行了大量的聚氨酯阻燃研究,研制出添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。反应型阻燃剂多为各种液态及固态的含磷、氮和()卤素的阻燃多元醇及含磷异氰酸酯等。添加型阻燃剂,因其对泡沫体生成时的反应影响较小,制造工艺不必做很大变动,阻燃效果显著,所以到目前仍是工业上应用最广泛的,约占总产量的9O%左右。

网化聚氨酯泡沫塑料(网状泡沫)是一种具有特殊功能的高开孔率软质聚氨酯泡沫塑料,具有较高的开孔率,其柔软性、透气性、吸音性、机械强度等都比普通聚氨酯泡沫好。在过滤材料方面的应用已经很常见,在更高层次的泡沫镍用基体材料应用上必须控制好泡沫孔结构和提高网格化处理技术 。

(1) PU软泡

垫材——如座椅、沙发、床垫等,聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料,垫材也是软泡用量最大的应用领域;

吸音材料——开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能,可用作室内隔音材料;

织物复合材料——垫肩、文胸海绵、化妆棉;玩具

(2)PU硬泡

冷冻冷藏设备——如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等,聚氨酯硬泡是冷冻冷藏设备的最理想的绝热材料;

工业保温设备——如储罐、管道等;

建筑材料——在欧美发达国家,建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的70%左右,是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上;在中国,硬泡在建筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍,所以发展的潜力非常大;

交通运输业——如汽车顶篷、内饰件(方向盘、仪表盘)等;

仿木材——高密度(密度300~700kg/m3)聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡沫塑料,又称仿木材,具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点,强度可比天然木材高,密度可比天然木材低,可替代木材用作各类高档制品。

灌封材料——例如防水灌浆材料、堵漏材料、屋顶防水材料

花卉行业——PU花盆、插花泥等

(3)PU半硬泡

吸能性泡沫体——吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能,良好的抗压缩负荷性能及变形复原性能,其最典型的应用是用于制备汽车保险杠;

自结皮泡沫体(Integral Skin Foam)——用于制备汽车方向盘、扶手、头枕等软化性内功能件和内部饰件。自结皮泡沫制品通常采用反应注射模塑成型(Reaction Injection Moulding,简称RIM)加工技术;

2. 聚氨酯弹性体

聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶,它属于特种合成橡胶。聚氨酯弹性体在聚氨酯产品中产量虽小,但聚氨酯弹性体具有优异的综合性能。从分子结构上看;聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物,除含有氨酯基团外,还含有醚、酯或脲基团。由于大量极性基团的存在,聚氨酯分子内和分子间可形成氢键,软缎和硬段可形成微相区并产生微观相分离,即使是线性聚氨酯也可通过氢键而形成物理交联。这些结构特点使得聚氨酯弹性体可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性,具有“耐磨橡胶”之称。传统上把聚氨酯弹性体分为浇注型、热塑型和混炼型三大类,已广泛用于冶金、石油、汽车、选矿、水利、纺织、印刷、医疗、体育、粮食加工、建筑等工业部门。

浇注型聚氨酯弹性体(简称CPU)是聚氨酯弹性体(PUR)三大加工类型中最为重要的一类,其用量占PUR总量的60%。但是在实际应用中存在对极性较弱材料的粘接性较差等缺点,常常采用各种方法对其进行改性。

热塑性聚醚型聚氨酯(简称TPU),约占聚氨酯弹性体总量的25%左右。一般选用四氢呋喃聚醚(PTMG)作为软链段,其分子链规整、柔软,能赋予弹性体很好的可拉伸性及低温效应。但由于PTMG型聚氨酯粘弹性较大,流变性能较差,给某些产品的后期成型加工带来一定的困难。

普通聚氨酯的耐热性较差,使用温度仅为80~C,常在聚氨酯基质中引入内聚能较大、热分解温度较高的有机杂环基团,。

聚氨酯因其卓越的物理性能和抗血栓性,已广泛应用于医学领域。在现阶段的研究中,使用含氟PU和通过引入具有IPN结构的聚二甲基硅氧烷来进一步提高抗血凝性。此外,聚碳酸酯弹性体很好的解决了聚酯PU弹性体在体内不易水解的问题 。在聚氨酯弹性体中加入超细AI(OH)3颗粒可以获得理想的阻燃消烟效果和物理力学性能,而新一类基于磺化聚醚/聚氨酯弹性体复合体系的固体电解质材料具有较高的离子导电性能。

微孔弹性体——聚氨酯微孔弹性体最典型的应用是用于制鞋工业。

混炼型聚氨酯弹性体(简称MPU)——占聚氨酯弹性体总量的10%左右。

在医学方面的应用:聚氨酯因其卓越的物理性能和抗血栓性,已广泛应用于医学领域。在现阶段的研究中,使用含氟PU和通过引入具有IPN结构的聚二甲基硅氧烷来进一步提高抗血凝性。此外,聚碳酸酯弹性体很好的解决了聚酯PU弹性体在体内不易水解的问题 。在聚氨酯弹性体中加入超细AI(OH)3颗粒可以获得理想的阻燃消烟效果和物理力学性能,而新一类基于磺化聚醚/聚氨酯弹性体复合体系的固体电解质材料具有较高的离子导电性能。

在矿山、冶金等行业的应用——筛板、摇床等

在机械工业方面的应用——胶辊、胶带、密封件等;

在汽车工业方面的应用——轮胎、密封圈等;

在轻工业方面的应用——聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纤维;

在建筑工业方面的应用——防水材、铺装材、灌封材等。

3.聚氨酯涂料

以聚氨酯树脂为主要成膜物质的涂料,称为聚氨酯涂料。聚氨酯涂料由于其独特的结构而赋予加工产品以突出的强度、柔性、耐磨、透湿、耐低温等性能,已广泛应用于涂料工业、制革工业、纺织工业,建筑工业等领域。聚氨酯涂料主要分为单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料。

双组分聚氨酯涂料有焦油型、彩色型和沥青型。它既具有聚氨醋涂料的优良物理机械性能、耐化学品性能及低温固化性能,又具有聚丙烯酸酯涂料优良的保光、保色、耐候性等特点。研制高固体分丙烯酸聚氨酯涂料的关键是研制出高固体分的丙烯酸聚合物。

溶剂型聚氨酯涂料在固含量、耐水性、成膜性能等方面有着突出的优点,但由于体系中含有有机溶剂,随着环保要求的日益严格,开发水性聚氨醋产品才是现在发展的重中之重。水性聚氨酯分为水溶液、水分散液和水乳液,三者之间的区别在于聚氨酯大分子粒子在水中的分散形态的不同。

4.聚氨酯合成革

6O年代末,国外出现了干法和湿法聚氨酯合成革产品并在7O年代得到了迅速的发展。所谓PU合成革就是将无纺布用PU溶液处理成合成革基布再经贴膜和压花而得的制品。聚氨酯涂层织物与聚氯乙烯(PVC)涂层织物相比具有较多的优点,尤以湿法生产的Pu合成革具有类似真皮的表面,柔软的触感,高的伸长率和弹性,有一定的透气和透湿性,且耐磨性,耐低温性,耐老化和耐油性等均较优 。

纳米增强聚氨酯技术的应用使纳米复合聚氨酯树脂制成革后将具有更好的回弹性、耐磨性、低温抗折性、高温热稳定性,可广泛应用于服装、箱包、鞋革等制造业。

随着人民生活水平的提高,高档的聚氨酯变色革成为一种时尚新产品。PU变色革是采用加入了变色粉的特殊PU树脂制造的,变色粉没有弹性,当这种Pu革在拉伸、弯曲、折叠等外部应力作用下,Pu膜层中的变色粉会呈现其本身的白色,结果在革形变部位呈现颜色变化。外力消除后,革面颜色又会自然地恢复如初。

有机硅是一类疏水性、透气性和耐候性都较好的材料,将它用到聚氨酯的合成改性中,得到的革将具有较好的耐湿擦性和更加滑爽自然的手感。

5.聚氨酯胶粘剂

聚氨酯胶粘剂中含有-NH基和-NCO基,提高了对各种材料的黏结性,并具有很高的反应性,能常温固化。胶膜坚韧,耐冲击,挠曲性好,剥离强度高,有很好的耐超低温性,耐油和耐磨性等,故它不仅可以胶接聚氨酯海绵和聚氨酯橡胶,而且能胶接橡胶与织物、橡胶与金属、金属与金属、金属与陶瓷、木材与木材和橡胶与塑料等 。

6.聚氯酯弹性纤维

最早的弹性纤维是橡胶丝,由于橡胶丝不耐老化,染色性不好,强度差,已被性能很好的新型弹性纤维取代。这类弹性纤维主要是聚氨酯弹性纤维、聚丙稀酸酯纤维以及较晚发展起来的聚酯一聚醚弹性纤维三种。聚氨酯弹性纤维是在我国称为氨纶。氨纶是一种由含聚氨基甲酸酯大于85%的具有线型链段结构的高分子化合物制成的弹性纤维。氨纶强度高、密度小、具有优良的高弹性和弹性回复率,弹性伸长大于400%,最高可达700%,是其他纤维无法比拟的 。目前氨纶在国内外已广泛应用于针织和机织地弹力织物中,其应用形式主要由四种:裸丝、包芯纱、包覆纱和合捻纱。

鲨鱼皮泳衣使用了能增加浮力的聚氨酯纤维材料。它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤,鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力,使身体周围的水流更高效地流过,鲨鱼得以快速游动。快皮的超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。此外,这款泳衣还充分融合了仿生学原理:在接缝处模仿人类的肌腱,为运动员向后划水时提供动力;在布料上模仿人类的皮肤,富有弹性。实验表明,鲨鱼皮的纤维可以减少3% 水的阻力,这在1%秒就能决定胜负的游泳比赛中有着非凡意义。

聚氨酯材料是一种性能优异、用途广泛的高聚物材料,它的应用已经渗透到事关国计民生的各个生产部门。应当重视聚氨酯工业的发展,使其得到更为创新和适宜的应用。

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