聚氨酯

　　主鏈含─NHCOO─重複結構單元的一類聚合物。英文縮寫為PU。由單體異氰酸酯與羥基化合物聚合而成。

　　簡史　1937年德國O.拜爾首先用二異氰酸酯與二元醇反應制得聚氨酯，並加工為鬃絲。不久，又研究成功聚氨酯橡膠。60年代起，由於聚氨酯泡沫塑料、熱塑性彈性體和合成皮革等產品的問世，聚氨酯的研究和應用得到迅速發展。

　　性質<　聚氨酯含有強極性的氨基甲酸酯基團，不溶於非極性溶劑，具有良好的強韌性和耐油性。采用不同的原料，可制得適應較寬溫度范圍(一般為－50～150℃)的各種產品。在堿性介質中或較高溫度下耐水解穩定性較差，特別是聚酯型聚氨酯更為突出。改變單體的品種和配比，可制得具有不同性能和用途的聚氨酯產品，其中包括彈性體、纖維、泡沫塑料、塗料和膠粘劑等。

　　聚合　常用異氰酸酯與羥基化合物進行聚加成反應(見聚合反應)而制得。根據單體分子中異氰酸酯基和羥基數目的不同，可以制得體型高分子或線型高分子。反應如下（R為烴基）：

　　異氰酸酯基中的C═N雙鍵非常活潑，可自聚成二聚體或三聚體，也可與含有活性氫的基團，例如水、醇、酚、酸、胺等進行加成反應（見表）。其活性次序如下（Ar為芳基）：

異氰酸酯的加成反應

　　聚氨酯的合成可在熔體或溶液中進行。在熔體中反應（見熔融縮聚）時必須避免由於溫度過高而引起的副反應。溶液聚合時常用的溶劑有乙酸酯類、丁酮、四氫呋喃、芳烴和鹵代烴等。有時使用催化劑，催化劑為叔胺類和有機錫化合物，常用三亞乙基二胺和二丁基二月桂酸錫。

　　常用的多異氰酸酯有：2，4（或2，6）－甲苯二異氰酸酯、4，4′－二異氰酸酯二苯甲烷、次甲基多苯異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯。

　　常用的多元醇分為三類：①簡單多元醇，如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、丙三醇、季戊四醇、木糖醇。②聚酯型多元醇，為二元酸與多元醇縮聚生成的末端含有羥基的聚酯低聚物，如羥基封端的己二酸乙二醇酯。制得的聚氨酯稱為聚酯型聚氨酯。③聚醚型多元醇，由環氧化合物，如四氫呋喃、環氧丙烷等開環聚合生成的末端含有羥基的聚醚低聚物。選用不同的起始劑，可以得到不同官能度的多元醇。制得的聚氨酯稱為聚醚型聚氨酯。

　　工業產品　彈性體　其合成通常分兩步進行：先將分子量約為800～2500的二元醇與過量的芳族二異氰酸酯反應，生成異氰酸酯封端的線型預聚物。然後用丁二醇擴鏈，得到以聚醚或聚酯為“軟段”而以二異氰酸酯和擴鏈劑為“硬段”的熱塑性彈性體；或者用芳族二胺擴鏈並交聯而得到澆鑄型彈性體。聚氨酯彈性體具有良好的耐油性和耐磨性，以及優良的綜合性能。可以用作滾筒、傳送帶、管子等工業用部件，汽車零件，鞋底，合成皮革，電線和電纜護層，醫用人工臟器等。

　　合成纖維　由二異氰酸酯和聚醚型二元醇制得預聚物，再用肼或二元胺擴鏈，可制成彈性纖維（如Spandex彈性纖維），具有良好的染色性和耐候性。

　　泡沫塑料　在聚氨酯產品中占比例最大的一類。采用不同的原料和配比，可以制得軟質和硬質泡沫體。例如，硬質泡沫體需要高度交聯，因此要求異氰酸酯占較大的比例；而軟質泡沫體則要求用柔順性好的聚醚作原料。泡沫塑料的制法有兩種：①一步法，將原料異氰酸酯、聚醚、水、表面活性劑、催化劑同時混合，使它發泡即得。軟質泡沫體幾乎全用此法。②預聚體法，將多元醇與異氰酸酯先生成預聚體，再與催化劑、發泡劑混合。由於分子已預先增大，所以發泡容易。此法適用於硬泡沫體的現場發泡或模塑品的制造。

　　軟質泡沫體主要用作各種襯墊，用於寢室用具、車輛、傢具、服裝等。硬質泡沫體主要用作隔熱、吸音、包裝、絕緣材料等，最近向高級傢具所用低發泡合成木材方面發展。

　　塗料　由多異氰酸酯與多元醇在適當的溶劑中反應制得。可采用不同的固化方式，如熱固化、濕氣固化、催化固化和多元醇固化等，以適應不同的配比和不同的要求。聚氨酯塗料具有致密、耐化學藥品、耐磨、耐氣候、粘合力強等優點，是一種高級塗料，用於高級運輸器材、傢具、木器和金屬的防腐，以及織物塗層等。

　　膠粘劑　一般由兩個組分組成，即多異氰酸酯和羥基封端的聚醚或聚酯，使用時混合。由於─NCO可與多種含有活性氫的材料表面反應，生成的─NHCOO─又具有較大的內聚能，因此它與多種金屬、玻璃、陶瓷、纖維等材料間產生很高的粘合力。

　　發展趨勢　聚氨酯產品的生產工藝、品種及其應用正在迅速發展。新開發的重要產品有：反應註射模塑聚氨酯彈性體、聚氨酯乳液、醫用聚氨酯橡膠和磁性材料膠粘劑等。