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聚氨酯概况
聚氨酯概况
一、聚氨酯定义
聚氨酯:
凡是在大分子主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物称为聚氨基甲酸酯,简称聚氨酯。
分类:
聚酯型聚氨酯;聚醚型聚氨酯。
聚酯型聚氨酯:
以异氰酸酯和端羟基聚酯为原料制备的聚酯称为聚酯型聚氨酯。
聚醚型聚氨酯:
以异氰酸酯和端羟基聚醚为原料制备的聚氨酯。
二、聚氨酯生产常用原料简介
己二酸(AA)
1、物理性质:
白色晶体或结晶粉末,略有酸味,微溶于水、环己烷,溶于丙酮、乙醇、乙
醚。
不溶于苯、石油醚。
熔点152C,沸点3305C(760mmHg),比重1.360(20/4C),闪点196C。
2、用途:
AA主要用于生产尼龙(纤维和树脂),约占总生量的70%以上,聚氨酯行
业中AA的用量只约
20%,余下的用于增塑剂、造纸、药物等方面生产。
在PU行业中,AA用于生产PU革用树脂、鞋底原液、弹性体、胶粘剂和油漆等方面。
二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)
1、物理性质:
白色到微黄色结晶体(或粉末)。
溶于丙酮、苯、甲苯、氯苯、硝基苯、煤油、乙酸乙酯等,比重1.197(70C),凝固点38-39C,沸点190C(5mmHg。
2、用途:
MDI只用于聚氨酯行业中,其应用范围是:
弹性体、纤维、革用树脂、鞋底原液、胶粘剂和油漆等方面。
多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)
1、物理性质:
棕色粘稠液体,溶于丙酮、苯、甲苯、氯苯、硝基苯、煤油、乙酸乙酯等,比重1.23(25C)。
2、用途:
在PU行业中,PAPI主要用于生产硬泡,此外还可用于胶粘剂、铺装材料等。
甲苯二异氰酸酯(TDI)
1、物理性质
无色至淡黄色液体,有强烈刺激性气味。
可溶于醚、丙酮、苯、四氯化碳、氯等。
与水、醇及胺等反应,比重1.2244(20/4C),熔点19.5-215C,沸点
251°C(760mmHg)。
2、用途:
TDI的主要用途是生产PU泡沫,约占TDI总量的80%以上。
此外还用于胶粘剂、弹性体、油漆、固化剂等方面。
N,N-二甲基甲酰胺(DMF)
1、物理性质:
无色透明液体,有氨气味,溶于水、乙醇、乙醚、氯仿等大多数有机溶剂,微溶于苯。
溶解能力强,被称为万能有机溶剂。
比重0.9445g/cm3(25/4C),
熔点-61C,沸点153C,折射率为1.4269。
2、用途:
DMF主要用于革用树脂的合成和PU皮革生产加工方面,约占总量的90%以上,余下的用于医药和分析方面。
1,4—丁二醇(BDO)
1、物理性质:
无色粘稠油状液体,味苦,有吸湿性,无气味。
可溶于水、甲醇、乙醇和丙酮,微溶于乙醚,不易挥发。
比重为1.016g/cm3(20/4C),凝固点为20.9C,沸
点为228C,折射率为1.4446(25C)。
2、用途:
用于制造聚酯多元醇、不饱和树脂、药物、染料、化妆品及油漆等。
多元醇
一):
聚酯多元醇
1、分类:
聚酯多元醇的种类繁多,根据其结构来分可分为三大类:
聚酯多元醇类(主要是己二酸系列),聚£—己内酯类,聚碳酸酯类。
聚酯多元醇是由二元酸与二元醇或三元醇经酯化、缩聚成一定分子量的端羟基高聚物。
聚&—己内酯类是&—己内酯在催化剂(有机钛类、辛酸亚锡)存在下,由起始剂(二醇或二胺)开环聚合成线性的端羟基或端胺基高聚物。
聚碳酸酯类是1,6—己二醇与二苯基碳酸酯经酯交换、缩聚而成的聚碳酸己二醇酯二醇。
2、聚酯多元醇生产工艺:
3、聚酯多元醇主要品种:
见表1:
表1:
常见的聚酯多元醇
聚酯多元醇名称
代号
状态
聚己二酸乙二醇酯二醇
PEA
白色蜡状固体
聚己二酸乙二醇一丙二醇酯二醇
PEPA
白色蜡状固体
聚己二酸二乙二醇酯二醇
PDA
浅黄色粘稠液体
聚己二酸乙二醇二乙二醇酯二醇
PEDA
白色或浅黄色油状物
聚己二酸1,4—丁二醇酯二醇
PBA
白色蜡状固体
聚己二酸乙二醇一1,4—丁二醇酯二醇
PEBA
浅黄色油状物
聚己二酸1,2—丙二醇酯二醇
PPA
浅黄色粘稠液体
聚己二酸新二醇一1,6—己二醇酯二醇
PNHA
浅黄色油状物或白色蜡状固体
聚己二酸蓖麻油酯二醇
PCA
浅黄色油状物
聚&—己内酯二醇
PCL
白色蜡状固体或浅色油状物
聚碳酸一1,6—己二醇酯二醇
PHC
浅色蜡状固体
):
聚醚多元醇(PPG):
1、分类:
聚醚多元醇品种很多,根据其特性来分可分为四大类:
第一类:
普通氧化丙烯为基的聚醚多元醇。
第二类:
特种氧化丙烯为基的聚醚多元醇。
第三类:
四氢呋喃为基的聚醚多元醇。
第四类:
丁二烯为基的聚醚多元醇。
2、聚醚多元醇生产原料:
聚醚多元醇的生产原料只有三种:
第一种:
含氧的环化物:
主要有:
环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃等。
第二种:
含活泼氢的起始物:
主要有:
乙二醇、丙三醇、季四醇、乙二胺、胺等。
第三种:
离子型催化剂:
主要有:
KOH、NaOH、FeCb、AICI3、BF3等
3、主要的聚醚多元醇品种:
见表2:
表2:
主要的聚醚多元醇品种
聚醚多元醇名称
用途
聚氧化丙烯二醇
泡沫塑料、胶粘剂、铺装材料
聚氧化丙烯三醇
泡沫塑料、胶粘剂、铺装材料
聚氧化丙烯一蓖麻油多兀醇
耐水解弹性体、胶粘剂
聚氧化丙烯四醇
硬泡
聚氧化丙烯五醇
耐高温硬泡
聚氧化丙烯六醇
耐高温硬泡
聚氧化丙烯八醇
耐高温硬泡
高活性聚醚多元醇
高回弹、自结皮、RIM注射弹性体
填充聚醚多兀醇
高承载、高模量、高弹性泡沫塑料
端胺基聚醚多兀醇
快速模注弹性体、喷涂弹性体
阻燃聚醚多元醇
阻燃泡沫塑料
聚四氢呋喃二醇
弹性体、氨纶
四氢呋喃一氧化丙烯共聚二醇
胶粘剂、弹性体
三、聚氨酯制品的生产和用途概述
聚氨酯用途很广,涉及的产品有:
泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革等。
这些制品广泛应用于工、农业,运输、建筑以及日常生活用品等行业中。
下面简单概述一下聚氨酯的有关用途。
(一)泡沫塑料
1、生产原理
(1):
ONC—R—NCO+H2O-ONC—RNHCOOH►ONC—R—NH2+CO2
ONC—R—NCO+R—NH2►ONC—RNHCONHR
(2):
ONC—R—NCO+HO—Ri—OH+ONC—R—NCO*
ONC—R—NH—Ri—NH—R—NCO
2、生产工艺
按聚氨酯泡沫的生产工艺,可分为一步法、预聚体法(两步法)两种;按生产机械的种类,可分为间歇法、连续法两种。
常见的箱式发泡是间歇式一步法。
其生产流程如下:
3、各组份作用:
1)、聚醚多元醇:
是泡沫塑料的主要原料之一,与异氰酸酯反应,生成氨基甲酸酯,使分子链增长形成
聚氨酯。
构成泡沫体的主体骨架。
2)、TDI(T—80:
是泡沫塑料的主要原料之一,其作用有:
第一:
与异氰酸酯反应,生成氨基甲酸酯,使分子链增长形成聚氨酯。
构成泡沫体的主体骨架。
第二:
与水反应,放出CO2,形成泡沫塑料中泡孔。
第三:
过量的一NCO与脲、氨基甲酸酯中的活泼氢反应,生成缩二脲和脲基甲酸酯,使聚合物分子链接连起来,形成聚合物网络结构,起交联作用,赋予泡沫体强度。
3)、发泡剂:
发泡剂有两类:
水和物理发泡剂。
水:
与异氰酸酯反应,生成脲基甲酸酯,形成泡沫体的主体骨架之一。
同时反应中放出的C02,形成泡沫塑料中泡孔。
物理发泡剂:
常用的有:
Fii(三氯一氟甲烷),二氯甲烷等。
其作用是:
其一:
起发泡作用;其二是带走热量或减少放热量,防止泡沫烧心或燃烧。
4)、催化剂:
用来调整和平衡在泡沫形成过程中,发生的发泡和聚合凝胶
两种反应速率。
以克服泡沫中的各种问题。
同时为了加快反应速度,缩短生产时间。
5)、填料:
降低成本和提高泡沫强度、耐热性能。
6)、硅油:
属于表面活性剂系列。
4、应用领域:
1)、垫材:
软泡用于家具座椅、沙发,汽车座垫、靠背、扶手,床垫等。
2)、软泡可用作隔音材料、鞋内衬等织物复合材料、玩具、过滤材料和高档仪器的包装材料等方面。
3)、硬泡可用于冰霜、冷藏方面的绝热材料,工业管道、贮罐的保温材料,以及汽车的车门板、行李箱盖、发动机盖板等。
4)、硬泡在建筑方面可用作楼顶层的防水、隔热材料,组合活动建筑。
同时还能作为具有车、锯、刨功能的仿木材料。
(二)弹性体
1、分类:
从制造工艺来分,聚氨酯弹性体可分为浇注型、热塑性、混炼型三大类。
2、热塑性聚氨酯弹性体(TPU的生产工艺:
TPU的生产工艺很多,但最常用的双螺杆连续化生产工艺。
3、弹性体用途
1)、聚氨酯弹性体可用于矿山中各种设备的管道、弯头、内衬、筛板(筛网)
和传送运输带等。
2)、聚氨酯弹性体可用于造纸、纺织、印染、印刷等各种胶辊,也可用于矿山
中各种车辆上的实心轮胎。
3)、聚氨酯弹性体可用于汽车行业中的仪表板、车身板、保险杠以及其它零部
件,此外还可用于模具内衬、各种物料的软硬管、鞋底鞋材以及医用各种材料等。
(三)涂料
1、分类:
聚氨酯涂料的分类
类型
固化方式
NCO%
颜料分散性
干燥时
间/h
耐
磨
性
主要用途
单
组
分
氨酯油
氧化聚
合
0
常规法
0.4—
4.0
般
装饰漆、船舶漆、防锈漆、木器漆
封闭型
加热
0
常规法
0.5
(150Co
以下)
良好
绝缘漆、烘烤漆
湿固化型
空气中的湿气。
小于15
不均匀,禁用碱性颜料
0.2—
8.0
RH30%
良好
木材、铜材、塑料等防腐涂料
双
组
分
催化固化型
催化剂+
预聚体
5—10
不均匀,禁用碱性颜料
0.1—
2.0
RH30%
很
好
防腐涂料、耐磨涂料
多羟基固化
型(NCO/OH
—NCO+—OH反应交联
6—12
多羟基组分与颜料研磨成浆
2—16
很
好
防腐涂料、装饰涂料、塑料、皮革用涂料。
2、特性:
涂膜耐耐磨与粘附力强、涂膜防腐性能优良、施工温度范围广、涂料配方可调范围广、具有优良的电气性能。
与其它树脂相溶性良好。
装饰与保护性能良好。
耐温性能好。
3、工艺简介:
1)、单组分涂料生产工艺:
氨酯型、封闭型、湿气固化型等单组分涂料的生产,其工艺基本相同,主要是配方不同。
2):
双组分涂料生产工艺:
在双组分聚氨酯涂料中,甲组分为末端带一NCO的预聚物,乙组分为末端带一0H的多元醇。
其中乙组分的生产工艺与聚酯多元醇的生产工艺基本相同。
甲组分为多异氰酸酯组分,主要有三类:
加成物,缩二脲,异氰酸酯三聚体。
其中以加成物为主,其它两类为辅。
下面为TDI—TMP加成物的生产工艺图:
3、用途:
1)、聚氨酯涂料用于飞机涂装、船舶水下防腐涂装、水上保色涂装以及车辆表
面涂装。
2)、聚氨酯涂料用于建筑物外墙涂刷、地面或木制地板涂刷。
也可用于电器、
仪表和机床等到方面涂装。
3)、聚氨酯涂料用于作家具等到木器漆,也可用于塑料、橡胶、皮革表面涂装
(四)胶粘剂:
1、生产工艺:
主剂的生产工艺:
固化剂的生产工艺:
注意:
主剂是由聚醚多元醇与多异氰酸酯反应得到的端一NCOS聚体。
固化剂是聚醚多元醇、多元胺、填料、抗氧化剂、催化剂等组成的端一0H混合物
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