不同类型的异氰酸酯生成各种结构的聚氨酯

时间：2023年6月19日 点击量：1280

    所谓的聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，它是由多异氰酸酯与多元醇反应而成，在分子链上含有许多重复的氨基甲酸酯基团（—NH—CO—O—）。在实际合成的聚氨酯树脂中，除了氨基甲酸酯基团外，还有脲、缩二脲等基团。多元醇属长链分子，末端为羟基，称为“软链段”，多异氰酸酯称为“硬链段”。

不同类型的异氰酸酯与多羟基化合物反应后，生成各种结构的聚氨酯，从而获得不同性质的高分子材料，如塑料、橡胶、涂料、纤维、粘合剂等。

聚氨酯
聚氨酯（PUR），全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物。1937年由奥托·拜耳等制出此物。聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大类。他们可制成聚氨酯塑料（以泡沫塑料为主）、聚氨酯纤维（中国称为氨纶）、聚氨酯橡胶及弹性体。 
合成聚氨酯，一般先由线型聚酯或聚醚与二异氰酸酯反应，制成低分子量的预聚体，经扩链反应，生成高分子聚合物，然后添加适当的交联剂，加热使其固化，成为硫化橡胶，这种方法称为预聚法或二步法。
也可以用一步法——将线型聚酯或聚醚直接与二异氰酸酯、扩链剂、交联剂混合，使反应发生，生成聚氨酯橡胶。 

热塑性聚氨酯（PUR-T）
热塑性聚氨酯是一种（AB）n型嵌段线性聚合物，A代表高分子量的聚酯或聚醚（分子量为1000～6000），称为长链，B代表含2～12个直链碳原子二醇为短链，AB链段间化学结合是用二异氰酸酯。 

01PUR-T结构与物理性质之间的关系 
链段结构 
PUR-T分子中A链段使得大分子链易于旋转，赋予聚氨酯弹性体良好的弹性，使聚合物的软化点与二级转变点下降，硬度与力学强度降低。B链段会束缚大分子链的旋转，使聚合物的软化点与二级转变点上升，硬度与力学强度提高，弹性降低。调节A与B之间的物质的量之比，即可制得不同力学性能的PUR-T。 

交联结构 
PUR-T的交联结构除一级交联外，还必须考虑由分子间的氢键形成的二级交联。聚氨酯的一级交联键与羟类橡胶的硫化结构不同，它的氨基甲酸酯基、缩二脲、脲基甲酸酯基等基团规则而间隔地排列成刚性链段，故制得的橡胶具有规则的网状结构，所以具有卓越的耐磨性能及其它的优异性能。

其次，由于聚氨酯中含有很多诸如脲基或氨基甲酸酯基这类内聚能较大的基团，所以分子链间形成的氢键具有很高的强度，氢键形成的二级交联键对聚氨酯的性能也有重要影响。二级交联使得聚氨酯一方面具有热固性弹性体的特性，另一方面这种交联又没有真正地交联起来，是一种虚交联，交联的状况取决于温度。

随着温度的升高，这种交联逐渐减弱以至于消失，聚合物具有一定的流动性，可以进行热塑性加工。当温度降低时，这种交联又逐渐恢复并再次形成。少量填料的加入，使分子间的距离增大，分子间形成氢键的能力减弱，强度便会急剧下降。 

基团的稳定性 
研究表明，聚氨酯中各基团稳定性由高到低的顺序是：酯、醚、脲、氨基甲酸酯、缩二脲，在聚氨酯的老化过程中，首先是缩二脲和脲基甲酸酯的交联键断裂，接着是氨基甲酸酯和脲键断裂，即主链断裂。