聚氨酯树脂的应用研究-化学化工学院-材料化学

1、本科毕业论文（设计）聚氨酯树脂的应用研究题 目_ 化学化工学院学 院 _材料化学专 业 _ 2014级年 级 _222014316210038学 号 _熊宇姓 名 _ 龚成斌指 导 教 师 _成 绩 _ 年 月 日 聚氨酯树脂的应用研究熊宇西南大学化学化工学院，重庆 400715摘要：本文综述了聚氨酯树脂的应用现状，包括聚氨酯泡沫塑料、弹性体、涂料、粘胶剂、人造革和合成革、弹性纤维、铺底材料、防水材料以及水性聚氨酯等，并指出了其进展趋势。关键词:聚氨酯树脂 应用现状 进展趋势application of polyurethane resinsxiongyucollege of chemistr

2、y and chemical engineering, southwest university, chongqing 400715, pr chinaabstract: this article reviews the current status of polyurethane resin applications, including polyurethane foams, elastomers, coatings, adhesives, artificial and synthetic leathers, elastic fibers, backing materials, water

3、proof materials, and waterborne polyurethanes, and points out its development trends.key words: polyurethane resin application status development trend第一章 导论聚氨酯是一类重要的合成树脂，具有强度高、耐磨耗、耐低温性、耐油、挠曲性能好等优点，被誉为“第五大塑料”。因其优良的性能、多种产品形态、简便的成型工艺而被广泛应用于各个领域，产品与品种逐年递增。因此，进展聚氨酯工业尤为重要。本文简要讲述了聚氨酯树脂产品的主要应用。第二章 正文含异氰酸酯基

4、的多异氰酸酯和含活泼氢的聚醚与聚酯多元醇是聚氨酯树脂的主要原料1，其主要反应方程式为：（1）预聚反应（2）扩链反应通过对基本原料进行化学改性以及采纳各种助剂可以改进聚氨酯树脂，增加品种和应用领域。制成的产品有聚氨酯泡沫塑料、弹性体、特种涂料、人造革、弹性纤维、面板材料、防水材料、复合材料以及水性聚氨酯等2,3。2.1 聚氨酯泡沫塑料由异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡可以制成聚氨酯泡沫塑料，按其密度和性能的不同可分为软质和硬质两类，其中软质为其主要品种。聚氨酯泡沫塑料之所以在目前市场上很受欢迎，不仅因为它密度低，透气，具有耐老性等特点，更因为，与其他材料相比，它可以很强的吸附金属，木材等材料。&#

5、160;2.1.1 聚氨酯软泡的应用   软质聚氨酯泡沫塑料制品主应用于垫材、吸音材料、织物复合材料等几个方面。  2.1.1.1 垫材   目前聚氨酯软泡用量最大的市场是制作家具软垫及车船座椅等垫材。   座垫的材料一般由聚氨酯软泡和塑料(或金属) 骨架支撑制成的，但人们开发了全聚氨酯座垫，是采纳双硬度聚氨酯软泡制造的。例如采纳硬度较高的聚酯型泡沫作为支撑件，座垫表面层使用聚醚型泡沫塑料或高回弹泡沫塑料。   火车和大客车上的长座椅、沙发等外形复杂的座垫，格外是各种车辆及其它交通工具

6、用软座垫基本上全部采纳模塑泡沫塑料。高回弹泡沫塑料具有较高的承载能力，较好的舒适度，已广泛用于各种车辆的座垫、靠背、扶手等。   聚氨酯软泡透气透湿性好，还适合制作床垫。例如，在我国称为“席梦思”的床垫，大多数由聚氨酯软块泡片材、弹簧及面料等制成。也可用不同硬度密度的聚氨酯制成双硬度床垫，或单一材料的全软泡床垫。  2.1.1.2 吸音材料   由于开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震的性能，所以开孔的聚氨酯软泡可用于具有音响装置的室内隔音材料，也可直接用于遮盖噪音源(如鼓风机和发电机等)。汽车的音响、扬声器采纳开孔泡沫作吸音材料，使传

7、出的音质更优美。   聚氨酯块泡制成的薄片材料与pvc 材料、织物复合，用作汽车车厢内璧衬里，利用聚氨酯泡沫的吸音作用可减轻噪音，并起到一定装饰效果。 2.1.1.3  织物复合材料   聚脂型聚氨酯软泡可与各种纺织面料采纳粘接剂粘合法或火焰复合法制成层压复合材料，所制成的复合薄片质量较轻，具有非常好的隔热性和透气性，应用较为广泛，格外适合用于服装内衬。例如用作服装垫肩、胸罩海绵垫、各类鞋子的衬里以及手提包等的衬里等。   复合泡沫塑料不仅广泛用于室内的装饰材以及家具包覆材料，同时也用在汽车座椅的外罩等。 

8、; 2.1.1.4 其它应用   聚氨酯软泡具有弹性好、质轻等特点，因此也可以用在较轻贵重物品的外包装。   聚氨酯软泡同时拥有良好的隔热性，在容器和管道的保温上也适用，无需现场灌注成型。虽然其保温性能不如硬泡，但它可与被保温物体表面良好契合。例如在给管道保温时，可将块泡裁成的片材缠绕在管道上，再用pvc 外壳包覆。   聚氨酯软泡配方中采纳少量格外表面活性剂制成“乱孔海绵”、可用作洗浴擦澡用品等。   聚氨脂软泡可制作体操、柔道和摔跤运动的爱护软垫，也可作为跳高和撑杆跳的抗冲击垫等，还用于制造

9、体育用球类。   聚氨酯泡沫用于地毯背衬可使地毯具有较好的弹性。   过滤材料可采纳开孔性好的软泡，过滤空气、液体等。   抗静电聚氨酯软泡可用于计算机等设备的包装材料。 2.1.2 聚氨酯硬泡的应用硬质聚氨酯泡沫塑料的应用领域主要有低温储藏、建筑材料、交通运输、仿木材等。2.1.2.1 食品等行业冷冻冷藏设备 聚氨酯硬泡可以用于冰箱或冷柜的隔热层，相比于其他材料，在相等外部尺寸条件下，减轻冰箱等的自重的同时增加有效容积。 为减少渔业、畜禽肉类等农副产品腐败变质，产地往往就地加工、速冻、冷藏这些食品。海洋渔业、肉类等食品加工

10、等企业的冷冻冷藏室、大型冷库也多用聚氨酯泡沫塑料作隔热材料,多采纳硬泡金属夹心板材组装，便利、快捷。   聚氨酯硬泡还用于冷藏车、冷藏集装箱等的绝热材料，能保证长距离运输过程中冷冻食品温度在所要求的范围内。 2.1.2.2 工业设备保温   贮罐、管道是工业生产中常用的设备。许多酿酒、建筑、储运等企业，对于冷热保温都存在不同的要求，为了防止热量在贮藏贮存的过程中或者在输送过程中与外界交互而使温度改变，所以冷/热贮罐和管道一定采纳必要的保温措施，而聚氨酯硬泡具有良好的绝热性，且施工便利、卫生。   贮放低温介质的贮罐，一般须在

11、硬质泡沫塑料外加防潮层。对于储运液化石油气和液化天然气的低温贮罐(温度低于-30)，聚氨酯硬泡设置在金属罐内侧或罐外，最好采纳玻纤增加硬泡。   聚氨脂硬泡作为管道保温材料，普遍用于原油输送管道、石油化工等行业管道的绝热，已成功地取代珍珠岩等吸水性较大的材料。 2.1.2.3 建筑材料 聚氨酯硬泡在房屋建筑方面有着重要应用。例如芯材方面主要用到阻燃型硬质聚氨酯泡沫塑料，面材主要采纳彩色涂层钢板，还有复合板材，主要通过pu发泡成型而得拥有质轻、绝热、防水、强度高等优点，聚氨酯硬泡是一种拥有易于生产加工、安装施工的多功能新型复合型建筑材料。目前，国内外金属面硬质聚氨酯夹芯板已经

12、广泛应用于仓库顶棚、企业厂房、体育场馆、民用建筑、移动板房与组合式冷库等。 对于面积大的候客厅、农贸市场的顶棚，在彩钢板下表面喷涂聚氨酯硬泡并进行装饰，已在北方一些城市采纳。 若想有效地对房屋进行保温，可以用金属面硬质聚氨酯夹芯板作墙体，还可以在内墙或外墙表面喷涂一层隔热层。聚氨酯硬泡还可以用于制作成各种可拆卸式临时用房。 单组分聚氨酯泡沫塑料(由聚氨酯预聚体与低沸点发泡剂贮存在气雾剂罐中而成) 填缝胶用于窗与墙体、门与墙体等空隙的密封，目前国内外应用已较普遍。2.1.2.4 交通运输业目前多采纳聚氨酯硬泡材料用于汽车顶篷和车内侧内饰件，如浇注硬泡、喷涂硬泡、玻纤增加硬泡以及热成型硬泡片材与装

13、饰阴料的热压复合物等，相当于织物或聚氯乙烯薄膜与聚氨酯软泡复合而成。 多种汽车部件，如 车体外壳、发动机盖板、侧裙等可用硬质结构泡沫塑料制成。 由于聚氨酯硬泡的保温性效果良好，所以火车车厢也采纳此材料制成。 相对于矿棉，硬质泡沫塑料的保温效果更显著，因此还用于液化气船及液化气贮槽等的深冷隔热材料。2.1.2.5 仿木材 模塑成型的聚氨酯结构硬泡往往是整皮硬泡，其高强度、高韧性、结皮致密、易加工成型、高生产率等特点，使其成为代替木材用作各种高档型材、体育器材、装修建材、仿木等方面的优良材料，并可根据客户需求调整其外观，市场前景十分辽阔。加入阻燃剂制成的结构硬泡阻燃性比木材高得多。 结构硬泡在低成

14、本模具中模塑成型所制成的仿小雕装饰线条装饰材料、花盆、工艺品等，具有制作简便、成本低、艺术风格独特的优点。聚氨酯硬泡已用于制作雪橇板等轻质高强度体育娱乐器材。 2.1.3 聚氨酯泡沫塑料的其它应用   聚氨脂泡沫塑料还可以用于军事领域，将其制成不受电磁波干扰的无回波暗室的吸波材料的载体，用在未来战机的机体上，拥有良好的隐身特性；可用来建筑无回波箱，用以覆盖环境中的反射物体，以便于测试，如雷达天线仓、转台、天线支架等；由于聚氨酯泡沫塑料的吸波特性，所以还可用于建筑微波吸取墙，防止微波污染。   为了富集和测定微量金属离子，可以使聚氨酯泡沫塑料与活

15、性载体结合。比如将8-羟基喹啉负载到聚氨酯泡沫上，可与许多金属离子反应形成易溶于有机溶剂的整合物而使金属被萃取【4-6】。 2.2 弹性体聚氨酯弹性体属于特种合成橡胶，同时还是一种格外的多嵌段共聚物，将软段和硬段交替排列，可形成重复结构单元。 聚氨酯弹性体具有良好的性能。由于聚氨酯弹性体制品具有质轻、低噪、耐损、制造成本低等优点，所以在许多情况下，金属材料与其相比较为逊色；，又由于聚氨酯弹性体其有韧性高、耐磨损等优点，所以有时也替代了塑料；与橡胶材料相比，聚氨酯弹性体具有耐切割、耐撕裂、高承载、可灌封浇注、硬度范围广、透明或半透明等优点。由此可见，聚氨酯弹性体的应用领域十分广泛。 2

16、.2.1 在油田、冶金、矿山等行业的应用   由于聚氨酯弹性体具有高耐磨性、高强度性、高韧性，所以油田、冶金和矿山等行业对聚氨酯弹性体的需求非常大。众所周知，因为煤和矿石的输送条件恶劣，而聚氨酯弹性体的结构特点使得它具有优异的耐磨性和高韧性，是最符合煤和矿石输送要求的非金属材料，并且可取代其他橡胶材料。 2.2.1.1  聚氨酯橡胶筛板   聚氨酯橡胶筛板的良好性能使得越来越多的矿山在选矿和分级筛机上采纳各种各样的聚氨酯橡胶筛板，提高了筛分效果，降低生产成本，促进了选煤和选矿工业的进展。 2.2.1.2 在矿山等行业的其它应

17、用   聚氨酯弹性体是许多矿山设备的首选材料。比如需要耐磨的衬里，还需要很多的耐磨制件与配件，如矿用输送带、托轮、各种矿用车辆的轮胎、浮选机盖和搅拌叶轮、内衬聚氨酯橡胶的管道、水力旋流器、锥型除渣器、轻杂质除渣器、球磨机与砾磨机的衬里、矿井灌车上天轮衬垫、煤矿喷浆机用的结合板、矿用单轨吊车的钢芯聚氨酯驱动轮、阻燃抗静电的聚氨酯输送带、各种地矿及没备电缆tpu护套、矿山电缆冷补用聚氨酯胶料、矿用自卸车上的密封圈、防尘圈、减震块，矿山上浮选取机的水轮推动筛板、筛滤器，等等。2.2.2 聚氨酯胶辊 由于聚氨酯弹性体具有较高的弹性，优异的耐磨性能和耐撕裂性能，所以可采纳浇注工艺在钢

18、或铁辊外覆一层聚氨酯弹性体制成聚氨酯胶辊，使用寿命比钢辊和平常橡胶长，比较适合于高线速度和高压力下使用，是一类性能优异的聚氨酯橡胶制品。 胶辊规格和用途各异，各种用途的胶辊的硬度及其它性能各有不同。印刷及塑料涂层胶辊一般采纳低模量的聚氨酯弹性体，邵氏a硬度多在1555之间，很简洁达到印刷胶辊所需的低硬度。邵氏a硬度5595胶辊广泛用于钢铁、造纸、粮食加工、纺织等行业。在胶辊性能改进方面，已开发有耐熔剂性胶辊用于金属薄板彩色涂层涂覆及印刷行业，有耐热胶辊用于高速摩擦等场合。2.2.3 鞋材 聚氨酯弹性体具有缓冲性能好、质量轻、耐磨损等特点，因为便利加工，从而成为制鞋工业中一种重要的鞋用合成材料，

19、受到众多制鞋厂商的青睐。2.2.4 医用弹性制品 热塑性聚氨酯弹性体适用于人体软组织的修复，是因为其具有高强度性、耐磨损性及良好的相容性，又由于无增塑剂和其它小分子惰性添加剂，所以在医学界受到高度重视，取代早期的牢固有余而韧性不足的金属、陶瓷、石膏等人体医用材料。如人工心脏、人工血管、颌面修复材料、缝合韧带、止血海绵、隐形眼镜等。2.2.5 其它应用领域除了上述领域外，聚氨酯弹性体制品也应用于其他不少领域。是由于聚氨酯弹性体突出的耐磨性、高弹性、耐油、承载能力大和耐低温性以及其原料的易加工性使得许多新的应用领域正在逐渐被开发出来。由于聚氨酯弹性体具有承载能力大，耐油等特点，所以可以用于制造各种

20、传动机构中的橡胶同步带。由于聚氨酯弹性体具有良好的耐磨性、高弹性，所以还可制造高档旱冰轮及滑板车的轮子。采纳拥有良好的热塑性聚氨酯通过挤塑成型制造出聚氨酯管，如高压软管、医用输液管、输气管、燃料输送管、消防水管等等。采纳浇注型微孔聚氨酯弹性体可以制造真空轮胎，寿命至少为平常橡胶充气胎的3倍以上。聚氨酯弹性体适用于制造载重卡车专用轮胎。聚氨酯弹性体还可用于翻新橡胶轮胎 7-9。2.3 聚氨酯涂料(1) 飞机涂装 航空漆的质量一直是航空上的关键问题之一。近代高性能的超音速飞机，在飞行中所经受的环境条件及其改变都是极为严酷的，因此，要求涂层具有各种优异的性能。21世纪70年代开始广泛应用聚

21、氨酯涂料涂装飞机外壁，大部采纳脂肪族异氰酸酯制备的缩二脲飞机漆，其物理性能和防腐性都叮达到热固型漆的水平，而且涂膜具有光亮、保色、保光、抗污染、抗粉化、耐麝、耐溶剂等优良性能，这些性能都是其它合成树脂漆不能相比的。采纳聚氨酯漆作为飞机面漆，其涂层寿命可延长50%，5年后才需重涂。由于涂膜光亮平滑，可减少飞行阻力，因而降低燃料消耗。又因其耐磨性格外好,用于涂装高速通过冰雹层的飞机。   (2) 船舶涂装   金属船壳水下部分涂装：用聚氨酯/焦油涂料作船舶水下部分金属底漆，可一次涂刷得到较厚的涂层，节省工时，具有耐海水、防腐蚀、与底层和面层防污漆结

22、合良好等优点。   船舶水上部分涂装：用缩二脲制作的聚氨酯涂料用于船舶水上部分涂装，例如: 甲板漆，具有保色、保光、抗粉化、耐磨等优点。  油舱漆：用tdi 与羟基化合物为原料制成的聚氨酯油舱漆，漆膜具有耐高级汽油、燃料油、耐海水等优点，而且漆膜坚韧、附着力强、干性好，适宜于装轻油(航空汽油等) 的油舱涂装用。   (3) 建筑物涂装建筑物涂装分三个方面   木制地板涂装采纳具有快干、耐磨、耐化学药品腐蚀的特点的多官能度的芳香族异氰酸酯自聚体与脂肪酸改性交联聚酯制成的双组分涂料。

23、60;   建筑外表涂料，这种涂料具有耐光、耐候性较好的特点，虽然一次投资较高，但是使用周期长。    弹性地面涂装采纳无溶剂聚氨酯涂料，在涂刷过程中只需一次就可获得均匀较厚的涂层，适用于多种表面，如水泥、金属等。     (4) 木材表面涂装   装修木材、家具、运动器件(如球拍、球棒、滑雪板等高级木器)、乐器的涂装，棉纺织厂纱管也大量采纳聚氨酯清漆。聚氨酯木器漆光丰满，可打磨抛光成极美观的表面，又耐水、耐酒类饮料、耐香料的侵蚀。不易燃烧扩散，又耐寒不裂，远比硝基漆优越。(

24、5) 车辆涂装   大型车辆，例如火车车厢，内燃机火车头、公共汽车等都采纳脂肪族聚氨酯漆，一般采纳缩二脲与具有交联的聚对苯二甲酸乙:二醇聚脂配套。涂膜还耐洗刷、不沾尘。因此，除大型车辆应用外,少数高级轿车也有的采纳聚氨酯漆。   (6) 塑料、橡胶、皮革表面的涂装 聚氨酯漆作为烟料、橡胶、皮单的涂层，可提高这些制品表面的耐磨、耐溶剂等性能，并可使制品色泽丰富多彩10-13。2.4 聚氨酯胶粘剂聚氨酯胶粘剂拥有很高的反应性，源于其中含有-nh基和-nco基。因其易固化、粘度高、冲击性能好、挠曲性好、剥离强度高，所以有良好的耐磨损、耐溶剂

25、、耐腐蚀、防水、防油、抗细菌等特性以及在超低温下性能超过所有类型的胶粘剂的优势而广泛应用于各个行业。聚氨酯胶粘剂与含有活泼氢的材料之间产生的氢键作用使范德华力增加从而使被粘合材料之间粘合更加牢固。还可通过调节其原料成分比例制成不同硬度和伸长率的粘胶剂来满足不同材料和不同表面的粘接。但因为高温、高湿下易水解，会降低他的粘合强度合强度，故在这方面需改性开发新型聚氨酯粘胶剂14。2.5 聚氨酯人造革和合成革聚氨酯皮革分为采纳格外纤维制成的无纺布作为布基的聚氨酯合成革和采纳各种化纤或棉制成的针(仿)织起毛布作布基的聚氨酯人造革。pu合成革往往具有较高的韧性，近乎真皮的外观，柔软的触感，其耐损性，抗冻性

26、，耐油性等方面均较优，并且在透气和透湿方面表现杰出，所以能够完善代替天然皮革，广泛应用于皮制品制造业15。2.6 聚氨酯弹性纤维根据德国工业标准din6001及国际标准化组织标准iso2076,聚氨酯弹性纤维是指分子链中至少含有85%(质量比)聚氨酯的合成纤维。国际上称之为“spandex”（我国称为氨纶）。氨纶高强度、低密度、具有优良的回弹性，是其他纤维无法相提并论的。它优异的弹性性能是因为聚氨酯弹性纤维组成的软链段与硬链段二相形态所造成的。目前氨纶已被广泛应用于针织和机织的弹力织物中，是一种高附加值的新型纺织材料，取代了最早不耐老化，染色性不好，强度差的橡胶丝。其使用形式主要有四种：裸丝、

27、包芯纱等。如围巾、毛巾、泳衣、丝袜、演出服、莱卡（纯棉包覆氨纶丝）等，其中泳衣上占有了四分之一的应用率。平常纺织品中，加入不到一成比例的氨纶，就可以使其档次大为提升，体现柔软、高贵舒适、高雅的风格16,17。2.7 聚氨酯铺底材料聚氨酯铺底材料在一些塑胶跑道和地板铺设等方面具有广泛应用。运动场地的应用主要是田径跑道、网球和乒乓球场地，都有很好的效果。聚氨酯跑道已被国际公认为最佳比赛场地，颇受运动员喜爱。与煤渣跑道相比：色彩美观，给人一种舒适感，可使精神振作；铺设简洁、弹性好、防滑，有助于提高运动员竞技状态和成绩；场地易于打扫、维护和治理、基本不受气候改变的影响；场地平坦均匀,且能较好的吸取震惊

28、，如果运动员遇到跌跤等情况，可大幅减轻受伤程度18。2.8 聚氨酯防水材料聚氨酯防水材料在建筑防水方面尤其受到重视，这是由于其防水性能优异、化学性质稳定、施工装修便利等诸多优点，符合在现代建筑趋向商层化、装配化后，对新型防水材料的严格要求，适用于各种建筑物的不同部位的防水。一般用的双组分聚氨酯防水材料其主剂与固化剂都是液体状，常温下固化，易于在复杂的基层上施工，并且简洁修补与改装，格外适合建筑用防水材料 19,20。2.9 水性聚氨酯以水为溶剂的水性聚氨酯，综合性能良好，且无污染、易运输、价格低和易改性等优点，是一种新型聚氨酯体系。因其优异的性能而在各种表面的涂料上扮演着重要的角色。随着对环境

29、爱护的意识日益猛烈，相比溶剂型聚氨酯涂料中含有有机溶剂易污染，水性聚氨酯涂料的优势将更加明显。同时水性聚氨酯胶粘剂的粘性较小，且由于存在氨酯键、脲键、醚键、离子键等，因而对多种的表面具有良好的亲和力。 因为其杰出的综合性能，水性聚氨酯已在工业上用作石油破乳剂。   水性聚氨酯树脂还可替代溶剂型合成革用聚氨酯树脂，采纳f法及格外的湿法艺生产合成革,国内外都有开发21-26。第三章 结论 随着对环境爱护要求越来越严格以及聚氨酯树脂行业的高度进展，对聚氨酯的性能要求也会相应提高，应用研发的难度也将随之增加，对聚氨酯树脂产品的生产要求也将大大提高。因此，聚氨酯树脂的研究手段必将多样

30、化，应大力进行改性研究，做好回收利用。参考文献1 郑彦，王文忠，冷鹏. 聚氨酯树脂及其应用j. 化学教育，2003，(3)：35.2 刘益军. 聚氨酯树脂及其应用m. 北京：化学工业出版社，2012.3 urethanes technology . 2000 , 15 ( 3 ) : 27 294 方禹生，朱吕民等.聚氨酯泡沫塑料.第2版.北京:化学工业出版社,1994.2965 朱昌民.聚氨酯泡沫讲座.聚氨酯工业,1987.6 王松，陈朝辉，陈红梅，等. 网状聚氨酯泡沫应用进展j. 材料科学与工程学报，2003，21(2)：288301.7 刘厚均，郁为民，宫涛.聚氨酯弹性体手册m.北京:化

31、学工业出版社.2001.8 李汾.聚氨酯弹性体的新进展,20169 freedonia study report. world thermoplastic elastomersz.freedonia research center,november 200810 陆刚.聚氨酯涂料现状及进展趋势.化学工业，2013.11 丛树枫，喻露如.聚氨酯涂料 m . 北京:化学工业出版社 , 200 3 : 9.12 胡志鹏.前景辽阔的聚氨酯涂料 j .涂料与应用 ,200 7 , 3 7( 1 ) : 16- 2 0.13 陈珀丽,刘经梅,张之涵等.聚氨酯涂料技术在中国的进展 j .涂料工业, 2007, 37( 5) : 49- 5114 温卫东.聚氨酯粘胶剂的进展.山西化