聚氨酯

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介绍

聚合物化合物是最重要的化合物之一，因为它们被广泛用于各种用途。聚氨酯是一种常用的有机聚合物，用于产品涂层。聚氨酯用于制备高质量的油漆，其耐用性优于传统油漆。它在加热时不会熔化或沸腾。这些是热固性聚合物。聚氨酯是由氨基甲酸酯分子键连接而成的。

什么是聚氨酯？

聚氨酯，也称为 PU 或 PUR，是一种有机聚合物，由许多有机单元通过氨基甲酸酯分子连接而成。大多数聚氨酯在加热时不会熔化，被称为热固性聚氨酯。热塑性聚氨酯是特定类型的聚氨酯，可以通过加热重新成型和熔化。

图 1：聚氨酯的结构

聚氨酯传统上是通过二异氰酸酯或三异氰酸酯与多元醇之间的化学反应制备的。聚氨酯是具有两种单体的交替共聚物，提供两步聚合。这两种单体——异氰酸酯和多元醇——用于聚氨酯的生产和加工。这些单体的每个分子通常至少包含两个官能团。

聚氨酯的生产

二异氰酸酯和二醇相互反应生成聚氨酯。生产分三个步骤进行：二醇生产、异氰酸酯生产和聚氨酯生产。多元醇是具有末端羟基的聚酯或聚醚。它用于聚氨酯生产。二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 和甲苯二异氰酸酯 (TDI) 用于生产大多数聚氨酯。TDI 生产柔软的泡沫。MDI 生产刚性和用途更广泛的聚氨酯。

二醇与 MDI 或 TDI 的反应通过称为缩聚反应的反应构建热塑性线性聚合物。如果醇链中存在三个或更多个羟基，则会形成交联的、刚性的和热固性的分子。增塑剂、表面活性剂、交联剂、发泡剂和填料是一些常用的添加剂，用于改善聚氨酯的性能。

聚氨酯泡沫

通过组合这两种反应性液体，可以生产出刚性或弹性固体聚合物。通过在这个固体物质中物理或化学地形成气泡，可以形成多孔泡沫材料。加入水的多元醇会引发化学发泡，导致在与异氰酸酯反应时形成 CO2 气泡，而戊烷和其他低沸点物质则用于物理发泡。戊烷在放热聚合反应过程中加热后以气泡的形式蒸发。

聚氨酯的特性

下面讨论聚氨酯的一些特性。

• 二异氰酸酯和二醇的聚合反应产生聚氨酯。

• 聚氨酯分子由氨基甲酸酯键或 COONH 键形成。

• 聚氨酯的性能取决于生产方式。

• 如果多元醇链柔韧且长，则最终的聚氨酯会具有弹性和柔软性。

• 如果交联量很高，则最终产品会变得坚硬和坚韧。

• 三维网络可以形成聚氨酯的交联结构。这会导致形成具有非常高分子量的聚合物。

• 聚合物的热固性是由其结构决定的。聚氨酯通常在热作用下不会熔化或软化。

• 二异氰酸酯与二醇的反应会产生线性热塑性聚合物。

聚氨酯的优点

聚氨酯具有发泡能力。在氨基甲酸酯聚合过程中，借助 CO2 气体的产生可以产生泡沫。另一个优点是聚氨酯可以形成高密度的微孔泡沫，而无需借助发泡剂。

聚氨酯的用途

聚氨酯用于生产各种各样的产品。其中一些如下所示。

• 柔性聚氨酯泡沫主要用于家具、汽车内饰、床上用品、包装和地毯衬垫的缓冲用途。

• 刚性聚氨酯泡沫是公认的最省钱和节能的绝缘材料。它为墙壁、杆、门和窗提供高质量的隔热。它有助于降低噪音水平，并保持均匀的温度。它用于冰箱和冷冻机的隔热。

• 涂覆聚氨酯可以提高许多产品的寿命和外观。

图 2：聚氨酯的用途

• 聚氨酯饰面可用于产品抛光。它比传统方法提供更好的效果。聚氨酯漆或擦拭型聚氨酯用于混凝土或木质表面以提高耐用性和颜色。

• 水性聚氨酯干燥速度快，毒性较低，因此使用率和普及率越来越高。

• 聚氨酯粘合剂提供强大的粘合性能，尤其是在其制造之后。聚氨酯密封胶比其他传统工艺产生更紧密的密封。

• 聚氨酯弹性体用于模塑成所需形状。与金属相比，它们重量轻，并且可以恢复更大的应力。聚氨酯弹性体具有耐环境性。

结论

聚氨酯是一种有机聚合物，由许多通过氨基甲酸酯分子键连接的有机单元组成。聚氨酯有两种类型：热固性聚氨酯和热塑性聚氨酯。其中一种可以在热作用下熔化，而另一种则不能。这两种聚合物都有广泛的用途。聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇的化学反应制成的。这种聚合物化合物用于绝缘、组装、涂层以及许多其他家用和工业应用。

(常见问题)

Q1. 单体和聚合物有什么区别？

A1. 单体是小的分子，单个原子能够与至少两个其他单体分子形成键。多个单体结合在一起形成称为聚合物的合成物质类别。

Q2. 为什么聚氨酯泡沫有用？

A2. 聚氨酯泡沫对建筑物具有防水和气密性作用。这是由于其高质量的隔热性能。聚氨酯泡沫在基材和绝缘层之间没有缝隙。它用于外墙保温，并且是良好的空气和水汽屏障。

Q3. 什么是聚合？

A3. 聚合是利用单体制造聚合物的过程。单体是小的分子，它们通过化学结合形成链状和超大分子，称为聚合物。