聚氨酯的合成及应用

聚氨酯中的异氰酸酯化合物含有高度不饱和键（NCO)，因而化学性质非常活泼，阻燃难度较大，聚氨酯无卤阻燃剂符合出口制品需要，属于非磷酸酯类或溴锑类阻燃剂。聚氨酯由于氧和氮原子上电子云密度较大，其电负性较大，NCO基团中氧原子电负性大，是亲核中心;碳原子电子云密度低，呈较强的正电性，为亲电中心。同时具备亲电和亲核的特性使异氰酸酯可以与含活性氢的组分进行反应，也可以发生自加成反应。与羟基组分反应生成氨基甲酸酯，与胺反应生成脲。对于二异氰酸酯单体，由于要考虑到位阻效应和取代效应，化学反应活性会显得更为复杂。异氰酸酯的化学反应严重影响着聚氨酯产品的性能。异氰酸酯单体的结构、反应单体的计量比、进料方式、反应程度、温度、时间和催化剂的含量等都是控制化学反应的关键因素。

聚氨酯通常采用逐步聚合的方法制备而成，包括一步合成法和两步合成法。一步合成法是将所有的反应物（异氰酸酯、醇羟基封端的低聚物和扩链剂）混合在一起反应制备得到聚氨酯产品。该方法操作简单，重复性好，易于工业化。但是，在反应前期产生的大量热无法迅速移除，会导致反应温度升高，副反应程度加深，且该方法制备的聚合物分子量分布较宽。两步法是首先将醇羟基封端的低聚物与过量的异氰酸酯反应形成异氰酸酯封端的预聚物,再将该预聚物与二元醇或者二元胺扩链剂反应制备高分子量聚氨酯或者聚氨酯脲。通常将醇羟基组分滴入过量的异氰酸酯进行反应，如果采取相反的加料方式，预聚物可能会首先达到等摩尔比条件，造成高分子量产物的分布非常宽。当采用二元胺为扩链剂时，制备的线型嵌段共聚物称为聚氨酯脲。当扩链剂和羟基封端的低聚物全部用氨基封端组分替代时,制备的共聚物称为聚脲。

聚氨酯凭借以上的优异性能，已广泛应用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑等领域。产品主要有泡沫塑料、涂料、黏结剂、合成纤维等。聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，其主要特征是具有多孔性、密度小、比强度高，且其软硬可根据原料不同和配方变化进行调节。主要应用于防撬门、建筑、供热管道、液化气容器等。聚氨酯弹性体是其另一个主要品种，具有高耐磨、高强度、富有弹性等特点，广泛应用于选煤、矿山、冶金等行业，还可以应用于聚氨酯轮胎、交通运输业以及机械配件。此外，“聚氨酯”弹性体还具有加工性能好、缓冲性能好、质轻、耐磨、防滑等特点，被广泛应用于鞋底材料、涂料、黏结剂、灌浆料等领域。