聚氨酯的合成與加工方法

聚氨酯的合成方法是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，有一步法和兩步法之分。所謂一步法就是將全部的原料一次混合反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)過程連續(xù)完成，生成聚氨酯產(chǎn)（制）品的方法。兩步法又稱預(yù)聚物法或預(yù)聚體法，是將低聚物多元醇和多異氰酸酯先反應(yīng)生成分子量比較低的預(yù)聚物，然后再加入擴(kuò)鏈劑與預(yù)聚物反應(yīng)生成聚氨酯產(chǎn)（制）品。通常的預(yù)聚物由低聚物多元醇（如聚酯、聚醚）與過量的二異氰酸酯反應(yīng)制備。其中易揮發(fā)的游離二異氰酸酯含量都要求比較低。如果二異氰酸酯的當(dāng)量數(shù)大大超過多元醇的當(dāng)量數(shù)（為2倍以上），那么大量的二異氰酸酯無處反應(yīng)，只能以游離狀態(tài)存在于預(yù)聚物中，危害人體健康。但是不易揮發(fā)的異氰酸酯（如MDI）制備的預(yù)聚物允許存在較多的游離異氰酸酯，這種預(yù)聚物實(shí)際上是預(yù)聚物和二異氰酸酯的一種混合物。制備這種預(yù)聚物的目的主要是為了降低預(yù)聚物的黏度，以便在第二步反應(yīng)中使預(yù)聚物組分和擴(kuò)鏈交聯(lián)劑的黏度及體積比較接近，以提高計(jì)量的準(zhǔn)確性和混合效果。為了有別于游離二異氰酸酯含量較低的預(yù)聚物，可將這種高游離異氰酸酯含量的預(yù)聚物稱為半預(yù)聚物或半預(yù)聚體。用半預(yù)聚物合成聚氨酯產(chǎn)（制）品的方法可稱為半預(yù)聚物法或半預(yù)聚體法。

聚氨酯彈性體按其制品加工方法可分為澆注型、熱塑型和混煉型聚氨酯三大類。隨著聚氨酯應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，20世紀(jì)70年代以后，與上述三種傳統(tǒng)加工方法不同的反應(yīng)注射成型（RIM）、水性聚氨酯、氨綸生產(chǎn)和噴涂聚脲彈性體成型等技術(shù)先后問世，并形成了各自完整的工藝和產(chǎn)品體系。

CPU在加工成型前為黏性液體，故有“液體橡膠”之稱。CPU彈性體一般是交聯(lián)型聚合物，由液體經(jīng)反應(yīng)變成固體后就是最終的制品。它可以用一步法或兩步法生產(chǎn)。其制品成型可以加壓硫化，又可常壓硫化;既可熱硫化，又可室溫固化;既可手工澆注，又可用澆注機(jī)連續(xù)澆注成型。所以澆注成型工藝的多樣性為大中型彈性體制品的生產(chǎn)提供了諸多方便。TPU和MPU在制品加工前均為固體，可稱為“固體橡膠”。TPU和MPU常用一步法生產(chǎn)，但要變成制品還要經(jīng)過一步或幾步工藝過程才能完成。TPU是將低聚物多元醇、二異氰酸酯（如MDI）和小分子二醇經(jīng)計(jì)量、混合進(jìn)入雙螺桿反應(yīng)器反應(yīng)，經(jīng)擠出、切粒和干燥，進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。TPU的數(shù)均分子量在30000以上，硬度較高（邵A65~邵D85），用塑料加工設(shè)備生產(chǎn)制品。全熱塑TPU還可用熱熔涂覆，或配成DMF、丁酮等有機(jī)溶液，用浸漬或涂覆法生產(chǎn)PU革，或用作膠黏劑。MPU生膠與全熱塑TPU相似，亦為端羥基線型聚合物。但分子量較低（20000~30000），軟鏈段含量較高，可塑性大。MPU生膠可用間歇法或連續(xù)化生產(chǎn)，用通用橡膠加工設(shè)備加工制品。TPU和MPU的模壓制品都需在加熱和加壓下成型，這就給模具制造提出了很高的要求。所以，一般來說TPU和MPU只適宜于加工中小模壓制品。其中TPU偏重于較硬（邵A70以上）的制品，MPU偏重于較軟（邵A80以下）的制品。RIM聚氨酯彈性體是將低黏度、高活性的物料用高壓計(jì)量泵輸送到一個(gè)容積很小的混合頭沖擊碰撞混合后，注入模腔并快速反應(yīng)，固化成型。RIM工藝主要用于生產(chǎn)中低密度自結(jié)皮聚氨酯微孔彈性體制品和基本無泡的彈性體制品。物料系統(tǒng)和模具的溫度較低（30~65℃），能量消耗少，生產(chǎn)效率高。因此RIM制品加工既不同于TPU注射成型，也有別于CPU制品加工。噴涂聚脲與一般的涂料不同，它是無溶劑、雙組分快速反應(yīng)體系。它的物料體系類似于澆注的液體橡膠，但脲基含量高，氨酯含量低?；钚愿?，凝膠快，能快速固化成型。噴涂設(shè)備類似于RIM設(shè)備，但不需要模具，技術(shù)要求更高。所以，噴涂聚脲技術(shù)從物料體系和成型方法。上彌補(bǔ)了上述方法的不足，解決了上述方法無法和難以加工成型的難題。RIM和噴涂聚脲產(chǎn)品是交聯(lián)型聚合物，在成型制品前也是液體。從這個(gè)意義，上說，也可叫液體橡膠或液體彈性體。但它們的吐出壓力比澆注機(jī)要高得多。此外，非泡聚氨酯彈性體還具有良好的機(jī)加工性能。