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聚氨酯的合成与加工方法

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聚氨酯的合成方法是以化学反应为基础的,有一步法和两步法之分。所谓一步法就是将全部的原料一次混合反应或化学反应过程连续完成,生成聚氨酯产品的方法。两步法又称预聚物法或预聚体法,是将低聚物多元醇和多异氰酸酯先反应生成分子量比较低的预聚物,然后再加入扩链剂与预聚物反应生成聚氨酯产品。通常的预聚物由低聚物多元醇如聚酯、聚醚与过量的二异氰酸酯反应制备。其中易挥发的游离二异氰酸酯含量都要求比较低。如果二异氰酸酯的当量数大大超过多元醇的当量数2倍以上,那么大量的二异氰酸酯无处反应,只能以游离状态存在于预聚物中,危害人体健康。但是不易挥发的异氰酸酯MDI制备的预聚物允许存在较多的游离异氰酸酯,这种预聚物实际上是预聚物和二异氰酸酯的一种混合物。制备这种预聚物的目的主要是为了降低预聚物的黏度,以便在第二步反应中使预聚物组分和扩链交联剂的黏度及体积比较接近,以提高计量的准确性和混合效果。为了有别于游离二异氰酸酯含量较低的预聚物,可将这种高游离异氰酸酯含量的预聚物称为半预聚物或半预聚体。用半预聚物合成聚氨酯产品的方法可称为半预聚物法或半预聚体法。

聚氨酯弹性体按其制品加工方法可分为浇注型、热塑型和混炼型聚氨酯三大类。随着聚氨酯应用领域的扩大和加工技术的不断进步,20世纪70年代以后,与上述三种传统加工方法不同的反应注射成型RIM、水性聚氨酯、氨纶生产和喷涂聚脲弹性体成型等技术先后问世,并形成了各自完整的工艺和产品体系。

CPU在加工成型前为黏性液体,故有“液体橡胶”之称。CPU弹性体一般是交联型聚合物,由液体经反应变成固体后就是最终的制品。它可以用一步法或两步法生产。其制品成型可以加压硫化,又可常压硫化;既可热硫化,又可室温固化;既可手工浇注,又可用浇注机连续浇注成型。所以浇注成型工艺的多样性为大中型弹性体制品的生产提供了诸多方便。TPU和MPU在制品加工前均为固体,可称为“固体橡胶”。TPU和MPU常用一步法生产,但要变成制品还要经过一步或几步工艺过程才能完成。TPU是将低聚物多元醇、二异氰酸酯MDI和小分子二醇经计量、混合进入双螺杆反应器反应,经挤出、切粒和干燥,进行连续化生产。TPU的数均分子量在30000以上,硬度较高A65~邵D85,用塑料加工设备生产制品。全热塑TPU还可用热熔涂覆,或配成DMF、丁酮等有机溶液,用浸渍或涂覆法生产PU革,或用作胶黏剂。MPU生胶与全热塑TPU相似,亦为端羟基线型聚合物。但分子量较低20000~30000,软链段含量较高,可塑性大。MPU生胶可用间歇法或连续化生产,用通用橡胶加工设备加工制品。TPU和MPU的模压制品都需在加热和加压下成型,这就给模具制造提出了很高的要求。所以,一般来说TPU和MPU只适宜于加工中小模压制品。其中TPU偏重于较硬A70以上的制品,MPU偏重于较软A80以下的制品。RIM聚氨酯弹性体是将低黏度、高活性的物料用高压计量泵输送到一个容积很小的混合头冲击碰撞混合后,注入模腔并快速反应,固化成型。RIM工艺主要用于生产中低密度自结皮聚氨酯微孔弹性体制品和基本无泡的弹性体制品。物料系统和模具的温度较低30~65℃),能量消耗少,生产效率高。因此RIM制品加工既不同于TPU注射成型,也有别于CPU制品加工。喷涂聚脲与一般的涂料不同,它是无溶剂、双组分快速反应体系。它的物料体系类似于浇注的液体橡胶,但脲基含量高,氨酯含量低。活性高,凝胶快,能快速固化成型。喷涂设备类似于RIM设备,但不需要模具,技术要求更高。所以,喷涂聚脲技术从物料体系和成型方法。上弥补了上述方法的不足,解决了上述方法无法和难以加工成型的难题。RIM和喷涂聚脲产品是交联型聚合物,在成型制品前也是液体。从这个意义,上说,也可叫液体橡胶或液体弹性体。但它们的吐出压力比浇注机要高得多。此外,非泡聚氨酯弹性体还具有良好的机加工性能。

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