聚氨酯材料的應用研究進展

馬萍萍

（大連第一互感器有限責任公司，遼寧大連 116200）

隨著我國社會的快速發展和生產力的增強，聚氨酯材料在諸多領域都發揮了其性能優勢，為產品制造注入了強勁的活力。尤其是隨著科學技術水平的不斷提升，聚氨酯材料的性能也得到了明顯改善，其用途更加廣泛，為我國制造業的繁榮發展奠定了基礎。產品形態和性能，會由于原料種類的變化而發生改變，大大提升了產品質量。膠黏劑、彈性纖維、半硬質、軟質和硬質泡沫塑料、密封膠等，是幾種常見的聚氨酯制品，在機電行業、交通運輸行業、農業、汽車制造業和土木建筑行業等領域的應用已經十分普遍。應從聚氨酯材料的基本屬性特點出發，對其應用方法與作用進行研究，真正體現聚氨酯材料的價值。

1 聚氨酯的制備來源

聚氨酯主要是由多元醇和異氰酸酯反應生成，羥基和異氰酸基反應生成-NHCOO-單元，其反應式為：

2 聚氨酯材料的應用

2.1 聚氨酯軟泡

聚氨酯軟泡又被稱為軟質聚氨酯泡沫塑料，在柔軟度和彈性上的優勢明顯，因此在床墊和坐墊制造中的應用較多。相較于其他產品而言，聚氨酯軟泡的用量相對較大，其制成品在吸音、彈性回復、保溫和透氣性能上較好，尤其是其自身的開孔結構特點，決定了其優越的功能屬性[1]。聚氨酯軟泡由于在耐負荷性能上具有一定的差異性，因此在實際應用中還包括了高回彈軟泡、普通軟泡、高承載軟泡和超柔軟泡等多種類型。模塑軟泡和塊狀軟泡也是聚氨酯軟泡的兩種不同類型，在生產工藝上具有差異化特點。在制作模塑軟泡時，需要采用專門的模具，運用間隙法工藝直接制作；而在制作塊狀軟泡時則主要應用連續法工藝，并對其進行切割處理，滿足不同功能使用需求。吸音材料（室內隔音材料）、墊材（沙發、座椅和床墊）和織物復合材料（文胸海綿、玩具、墊肩和化妝棉）等，是聚氨酯泡沫的幾種基本用途。

2.2 聚氨酯硬泡

聚氨酯硬泡又被稱為硬質聚氨酯泡沫塑料，相較于聚氨酯軟泡而言用量較少，同時具有閉孔結構[2]。應用聚氨酯硬泡時，可以為生產工作提供便捷，具有良好絕熱性能，在耐熱、隔音、耐溶劑和電絕緣等方面的優勢十分顯著。聚氨酯硬泡應用于冷庫、冰箱、冷藏車和冰柜等冷凍冷藏設備當中時，能夠起到良好的絕熱效果，為產品保存與運輸提供了便捷；聚氨酯硬泡也可以應用于管道和儲罐等工業設備當中，起到保溫作用，阻隔與外界的熱交換；在西方諸多國家當中，聚氨酯硬泡已經廣泛應用于建筑行業中，能夠降低建設成本的同時，促進結構性能的增強，因此在我國建筑行業的未來發展當中，也應該逐步探索聚氨酯硬泡的應用；聚氨酯硬泡也能夠應用于汽車內飾件和頂篷的制作當中，加快我國交通運輸業的快速發展；結構泡沫塑料又包括玻璃纖維增強硬泡和高密度聚氨酯硬泡等，在韌性、強度、成型、生產效率等方面都具有良好優勢，相較于天然木材而言，具有更低的密度和更高的強度，因此廣泛應用于建筑、裝飾設計等領域；在堵漏材料、防水灌漿材料和屋頂防水材料等灌封材料當中，聚氨酯硬泡的應用也較多，可以增強材料的防水堵漏性能。在防腐性能和絕熱性能方面，聚氨酯硬泡的實際應用效果也較好，由于微孔之間的連接被阻斷，因此具有較小的吸水性和密度，在化學穩定性上相較于其他材料而言也更具優勢[3]。在窗架、支架和門窗等建筑結構制作中可以應用高密度聚氨酯硬泡，而在集水槽、通風口和排水溝等結構中可以應用普通密度的聚氨酯硬泡。在實際使用中應該做好相應的防火處理，避免由于燃燒而產生有毒氣體對人體生命健康造成威脅。

2.3 聚氨酯半硬泡

聚氨酯半硬泡包括吸能性泡沫體、自結皮泡沫體和微孔彈性體等。其中，吸能性泡沫體的緩沖性能與減震性能較好，而且具有良好的變形復原和抗壓縮負荷性能，在汽車保險杠的生產制造中應用較多。在汽車內部飾件和內功能件的制造中通常采用自結皮泡沫體，比如汽車的汽車扶手、方向盤和頭枕等，RIM 加工技術是生產制作中的常用技術[4]。在制鞋工業通常采用微孔彈性體，能夠提升鞋子的舒適度。

2.4 聚氨酯彈性體

由于聚氨酯材料中存在異氰酸酯基團，因此增強了材料的耐磨性，這就是聚氨酯彈性體的基本特點，因此又被稱為“耐磨橡膠”。相較于傳統金屬材料而言，它在耐損耗性能、降噪性能、重量和耐腐蝕性能、生產加工成本等方面都具有顯著優勢，而與傳統塑料相比則在耐磨性和彈性記憶等方面的特點十分突出，同時較橡膠具有更強的承載性與耐撕裂性，為澆注和灌封等工藝提供便捷。在我國的醫療行業、工業、國防和農業中，聚氨酯彈性體的應用已經較為普遍。聚氨酯彈性體還包括混煉型聚氨酯彈性體和熱塑型聚氨酯彈性體等，兩者分別占總量的10%和25%左右。應用于鞋底、壓型膠輥、齒輪、實心輪胎、襯套軸承等制品時，應該根據不同制品的性能特點與生產要求，確定聚氨酯彈性體的硬度。此外，聚氨酯彈性體在建筑工業、礦山與冶金行業、輕工業、汽車工業和機械工業中的應用也較多，用于生產鋪裝材、防水材、聚氨酯合成革、密封圈、密封件和篩板等[5]。

2.5 聚氨酯漿料

由于其生產工藝的不同，聚氨酯漿料包括干法聚氨酯漿料和濕法聚氨酯漿料，溶劑和固體含量分別在65%～70%和30%～35%。由于在干法和濕法中分別需要大量的甲苯、丁酮和純DMF 等，因此原料價格是影響聚氨酯漿料成本的直接因素。在人造革和聚氨酯合成革的生產制造中，聚氨酯漿料的應用較為廣泛。聚氨酯合成革在手感、色澤、抗老化性能、耐磨損性能、抗霉菌性能等方面較好，同時其成本相對較低，能夠滿足加工和洗滌要求[6]。在體育行業、服裝行業、箱包行業和制鞋行業等，聚氨酯漿料可以替代天然皮革。在干法聚氨酯漿料的制作當中，由于需要對丁酮和甲苯進行蒸發處理，因此會造成自然環境的破壞，同時資源浪費問題嚴重，不符合當前綠色化生產與可持續發展理念要求。濕法聚氨酯漿料則不存在上述問題，具有良好環保性能，在外觀、柔軟度和透氣性等方面也較好，因此在生產制造業中的應用越來越多。

2.6 聚氨酯涂料

聚氨酯涂料具有良好的裝飾性，能夠增強涂膜的美觀性、耐腐蝕性、柔韌性、耐磨性、耐沖擊性等，在當前建筑行業、車船行業、室內裝潢行業和航空等領域中的應用較多，此外還應該于多種設備的防腐處理中，比如管道設備、石化設備和重型機械等。水性聚氨酯涂料在實踐中的應用，主要包括了建筑涂料、木器漆和木地板漆、皮革涂層和紙張涂層等。它不僅能夠為施工提供便利條件，而且有利于防止出現環境污染問題，具有環保性特點。

2.7 聚氨酯膠黏劑

氨基甲酸酯基團和異氰酸根，是聚氨酯膠黏劑中的主要成分，其化學活潑性和極性特征明顯，因此可以與很多基材產生良好的黏接，比如織物、橡膠、泡沫、玻璃、皮革、金屬和陶瓷等。在結構性黏合中，聚氨酯膠黏劑的應用效果也較好，能夠給增強制品的抗沖擊性和抗剪強度。由于軟硬過渡層的形成，因此可以有效提升黏接力，起到良好減震和緩沖效果。與其他膠黏劑相比而言，聚氨酯膠黏劑也具有超低溫性能，同時不會對環境造成污染與破壞，在未來發展中以水性聚氨酯膠黏劑為主。

2.8 聚氨酯密封膠

對接頭、孔洞和接縫進行填充時可以采用聚氨酯密封膠，在當前交通運輸行業和建筑行業中的應用較多，比如門窗的填充密封、車窗的密封和橋梁、公路的嵌縫密封等。相較于其他密封膠而言，聚氨酯密封膠具有較強的環境適應性，在不同條件下都能發揮其獨特性能優勢。在黏結性、機械強度、彈性、耐磨性、耐候性、耐油性等方面也較好，同時可以降低成本投入。

3 聚氨酯材料的應用研究進展

聚氨酯的生成原理最先由德國教授Otto Bayer 發現，對于硬質聚氨酯泡沫塑料的研究則興起于20世紀40年代的美國，在飛機夾芯板部件的生產制造中應用較多，進入到50年代后逐漸生產了聚酯型軟質聚氨酯泡沫材料，生產設備也逐漸成熟，為大規模的生產制造提供了保障。進入到20世紀60年代后，硬質聚氨酯泡沫塑料則可以通過多異氰酸酯PAPI 制造，有利于其產品性能的提升，同時達到了降低毒性的效果，其應用范圍不斷擴增。70年代后，聚氨酯軟泡生產工藝水平逐漸提升，模塑聚氨酯泡沫塑料也被應用于生產實踐當中。在液態二氧化碳發泡制軟泡聚氨酯產品中，需要采用專門的表面活性劑產品，環戊烷類發泡劑在西方發達國家生產中的應用較多。

4 結語

聚氨酯材料在性能上具有較強的優越性，因此其應用領域也相對較為廣泛，有效提升了生產制造業的競爭力，促進產品性能的增強。聚氨酯軟泡、聚氨酯硬泡、聚氨酯半硬泡、聚氨酯彈性體、聚氨酯漿料、聚氨酯涂料、聚氨酯膠黏劑和聚氨酯密封膠等是聚氨酯材料的幾種常見類型，其性能特點與應用領域也有所差異性。應該逐漸加強性能優化，增強功能豐富性的同時，保障其環保性特點。