聚氨酯彈性體PUR分類及特性

PUR彈性體按其加工方法主要分為澆注型、熱塑型、模壓型、發(fā)泡型等，其中澆注型PUR彈性體是最重要的一類。近年來，隨著反應(yīng)注射模塑技術(shù)的發(fā)展，澆注型PUR彈性體的產(chǎn)量有所下降，但由于澆注型PUR彈性體能夠最大限度地發(fā)揮PUR彈性體的特點，而且其在成型大型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件方面具有獨特的優(yōu)勢，因此，澆注型PUR彈性體目前仍是較活躍的研究領(lǐng)域之一.

聚氨酯彈性體PUR的主要優(yōu)點：
1. 性能的可調(diào)節(jié)范圍大。多項物理機械性能指標(biāo)均可通過對原材料的選擇和配方的調(diào)整，在一定范圍內(nèi)變化，從而滿足用戶對制品性能的不同要求。譬如硬度，往往是用戶對制品的一個重要指標(biāo)，聚氨酯彈性體既可制成邵爾A硬度20左右的軟質(zhì)印刷膠輥，又可制成邵爾D硬度70以上的硬質(zhì)軋鋼膠輥，這是一般彈性體材料所難以做到的。聚氨酯彈性體是由許多柔性鏈段和剛性鏈段組成的極性高分子材料，隨著剛性鏈段比例的提高和極性基團密度的增加，彈性體原強度和硬度會相應(yīng)提高.

2. 耐磨性能優(yōu)越。特別是在有水、油等潤濕介質(zhì)存在的工作條件下，其耐磨性往往是普通橡膠材料的幾倍到幾十倍。金屬材料如鋼鐵等雖然很堅硬，但并不一定耐磨，如黃河灌溉區(qū)的大型水泵，其過流部件金屬口環(huán)和保護圈經(jīng)過大量泥沙的沖刷，用不了幾百小時就嚴重磨損漏水，而采用聚氨酯彈性體包覆的口環(huán)和保護圈則連續(xù)運行1800小進仍未磨損。其它如碾米用的礱谷機膠輥、選煤用的振動篩篩板、運動場的徑賽跑道、吊車鏟車用的動態(tài)油密封圈、電梯輪和旱冰鞋輪等等也都是聚氨酯彈性體的用武之地。在此需提到的一點是，要提高中低硬度聚氨酯彈性體制件的摩擦系數(shù)，改善在承載負荷下的耐磨性能，可在這類聚氨酯彈性體中添加少量二硫化鋁、石墨或硅油等潤滑劑.

3. 加工方式多樣，適用性廣泛。聚氨酯彈性體既可跟通用橡膠一樣采用塑煉、混煉、硫化工藝成型（指MPU）；也可以制成液體橡膠，澆注模壓成型或噴涂、灌封、離心成型（指CPU）；還可以制成顆粒料，與普通塑料一樣，用注射、擠出、壓延、吹塑等工藝成型（指TPU）。模壓或注射成型的制件，在一定的硬度范圍內(nèi)，還可以進行切割、修磨、鉆孔等機械加工。加工的多樣性，使聚氨酯彈性體的適用性十分廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

4. 耐油、耐臭氧、耐老化、耐輻射、耐低溫，透聲性好，粘接力強，生物相容性和血液相容性優(yōu)秀。這些優(yōu)點正是聚氨酯彈性體在軍工、航天、聲學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的原因.

聚氨酯(PUR)是由異氰酸酯與多元醇反應(yīng)而制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。PUR制品分為發(fā)泡制品和非發(fā)泡制品兩大類，發(fā)泡制品有軟質(zhì)、硬質(zhì)、半硬質(zhì)PUR泡沫塑料；非發(fā)泡制品包括涂料、粘合劑、合成皮革、彈性體和彈性纖維等。PUR材料性能優(yōu)異，用途廣泛，制品種類多，其中尤以PUR泡沫塑料的用量最為廣泛。
1、工業(yè)生產(chǎn)狀況
我國PUR泡沫塑料的生產(chǎn)始于20世紀50年代，主要產(chǎn)品是軟質(zhì)泡沫塑料。PUR泡沫塑料工業(yè)發(fā)展至今已有40余年，60年代中期，我國開始生產(chǎn)硬質(zhì)PUR泡沫塑料，主要
用于船舶、冷庫、石油化工管道的保溫等。到70年代中期，生產(chǎn)廠家僅有10余家，生產(chǎn)能力約1．5萬t／a，實際年產(chǎn)量約3 kt。80年代是我國PUR泡沫塑料高速增長的階段，制品產(chǎn)量不斷增長，年增長率達25％。90年代，我國PUR基本原料、助劑及制品得到了快速發(fā)展，引進了180～200套先進的發(fā)泡設(shè)備，大幅度提高了泡沫塑料制品的生產(chǎn)能力和年產(chǎn)量，使生產(chǎn)能力提高到20萬t／a以上，PUR泡沫塑料的年均增長率為20％ ～30％ 。1994年實際產(chǎn)量約10萬t，其中軟質(zhì)泡沫塑料約6萬t，硬質(zhì)泡沫塑料約4萬t。1999年我國PUR泡沫塑料產(chǎn)量已達到19．5萬t，其中軟質(zhì)泡沫塑料12萬t，硬質(zhì)泡沫塑料7．5萬t。2001年我國PUR泡沫塑料的產(chǎn)量已達到55萬t，占PUR總產(chǎn)量的60％以上，其中軟質(zhì)泡沫塑料為35萬t，硬質(zhì)泡沫塑料為20萬t。2002年我國PUR泡沫塑料產(chǎn)量(規(guī)模以上企業(yè))達到66．84萬t，創(chuàng)歷史新高，同比增長21．5％ ，是各類塑料制品中增長較快的一類，其產(chǎn)量約占塑料制品總產(chǎn)量的5．3％。2003年我國PUR泡沫塑料的產(chǎn)量達到近8O萬t。
泡沫塑料是塑料制品中的重要類別，品種繁多，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)和日常生活中具有廣泛的用途。隨著石油化工和塑料制品業(yè)的迅速發(fā)展，我國PUR泡沫塑料的產(chǎn)量增長較快，根據(jù)哥本哈根國際會議禁用氟利昂發(fā)泡劑的決議，我國必須加快尋找其替代品的步伐，盡早實現(xiàn)全部替代。同時要開發(fā)高阻燃性、低煙霧PUR泡沫塑料，加強結(jié)構(gòu)發(fā)泡和高承載PUR泡沫塑料的研制和推廣應(yīng)用，為各行業(yè)在新世紀的發(fā)展提供有力的支撐和保障。
目前我國有PUR泡沫塑料生產(chǎn)企業(yè)近300家，大多數(shù)為小型企業(yè)。2002年產(chǎn)量在5 kt以上的PUR企業(yè)有11家；超過10萬t的PUR企業(yè)僅有2家。2002年無錫市興達泡塑新材料有限公司的PUR泡沫塑料產(chǎn)量達到18．58萬t，約占全國總產(chǎn)量的27．8％ ，居全國首位；其次是寧波新橋化工有限公司．2002年的PUR產(chǎn)量為lO．06萬t，約占全國總產(chǎn)量的15.1％ 。
從原料產(chǎn)量來看，隨著90年代我國萬噸級大型異氰酸酯和聚醚設(shè)備的引進，我國PUR工業(yè)步入了快速發(fā)展階段。至1998年P(guān)UR原料產(chǎn)量達29．8萬t，制品總產(chǎn)量達65萬t。1989～1998年間PUR原料產(chǎn)量的年均增長率達28％，PUR制品的年均增長率達23％ ，原料和制品品種分別增加到200多種，品質(zhì)、應(yīng)用范圍、科研開發(fā)水平和能力全面提升，部分接近或達到國際水平。2001年P(guān)UR原料產(chǎn)量為43萬t，PUR制品產(chǎn)量達到100萬t。PUR工業(yè)體系已初步形成。
德國化工巨頭巴斯夫公司正與亨斯邁公司、日本聚氨酯公司及中國5家廠商共同合資在上海建設(shè)生產(chǎn)能力達到16萬t／a的二苯甲烷一4，4 二異氰酸酯(MDI)新廠，目前已進入實施階段，即將投產(chǎn)。該項目包括配套的硝基苯和苯氨工廠及相關(guān)的聚氨酯合資公司。另外，巴斯夫公司還將與中國公司合資興建年產(chǎn)13萬t的甲苯二異氰酸酯(TDI)工廠。
我國在PUR泡沫塑料生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品種類方面也取得較大進展。軟質(zhì)塊狀PUR泡沫塑料從拱頂法發(fā)泡改為平頂法發(fā)泡和垂直發(fā)泡，提高了泡沫塑料的利用率，減少了廢料，而且品種日趨多樣化，除不同密度與硬度的系列產(chǎn)品外，還可進一步加工制得復(fù)合泡沫塑料、多層貼合泡沫塑料、功能泡沫塑料，如黑色泡沫塑料、吸音泡沫塑料、阻燃泡沫塑料、抗靜電泡沫塑料、防輻射泡沫塑料、家庭洗滌用仿天然海綿泡沫塑料、網(wǎng)狀泡沫塑料等。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，PUR泡沫塑料的年增長率將以二位數(shù)上升，發(fā)展方向?qū)⒓杏诘统杀镜牡兔芏犬a(chǎn)品。
2 、市場需求狀況
PUR泡沫塑料是最重要的PUR制品，其用途廣泛，性能優(yōu)良：軟質(zhì)PuR泡沫塑料和半硬質(zhì)PUR泡沫塑料主要用于家具襯墊與裝飾材料、車用墊材、地毯底襯、服裝襯里、建筑吸音材料、體育墊材，以及床墊和儀器包裝材料等方面。其中模塑軟質(zhì)PUR泡沫塑料的主要用途是汽車座椅墊材及摩托車、自行車座墊等；而硬質(zhì)PUR泡沫塑料主要用于冰箱、冷庫行業(yè)作隔熱保溫材料，占硬質(zhì)泡沫塑料總消費量的57．5％。我國是世界上最大的冰箱生產(chǎn)國，1998年消耗硬質(zhì)泡沫塑料8萬～10萬t，用作石油輸送管道、化工貯罐及工業(yè)設(shè)備的隔熱材料占15％ ；建材是硬質(zhì)PUR泡沫塑料的另一較大的應(yīng)用領(lǐng)域，2000年建筑業(yè)消耗硬質(zhì)PUR泡沫塑料達7萬t以上。由于我國建筑業(yè)發(fā)展迅猛，用于建筑隔熱、吸聲、裝飾材料及活動房等的泡沫塑料占10％ ；用于交通運輸?shù)慕^熱材料占10％ ；其它占7．5％ ，其中家具、服裝、自行車等消耗量較大。另外我國汽車工業(yè)和摩托車工業(yè)的發(fā)展也為模塑軟質(zhì)PUR泡沫塑料提供了廣闊的市場。據(jù)專家預(yù)測，由于PUR的可塑性極佳，材料性能實用性強，在汽車中的應(yīng)用正日益擴大。預(yù)計2005年我國(不包括臺灣省)汽車工業(yè)對PUR的需求量將達到4．41萬t，其中轎車和吉普車消耗3．04萬t，重型轎車消耗0．3萬t，輕型車消耗0．72萬t，微型車消耗0．05萬t，每輛車平均用量達到14．71 kg。
我國在這方面與發(fā)達國家的不同點是，國外硬質(zhì)PUR泡沫塑料主要消費于建筑業(yè)，占硬質(zhì)泡沫塑料消費量的50％以上，而我國大多用于冰箱、冷庫，用于建筑業(yè)的保溫材料尚處于初始階段。由于汽車和摩托車工業(yè)的飛速發(fā)展，為PUR泡沫塑料工業(yè)的發(fā)展提供了機遇，其潛在市場也非常廣闊。據(jù)預(yù)測，目前我國PUR泡沫塑料的需求量已達到80萬～100萬t／a。。
3 、技術(shù)進展?fàn)顩r
新技術(shù)開發(fā)注重環(huán)保，作為一個年均增長率長期高于全球經(jīng)濟增長率的產(chǎn)業(yè)，PUR工業(yè)迅猛發(fā)展的勢頭有賴于其技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展。在眾多新產(chǎn)品的開發(fā)中，PUR發(fā)泡劑的研究工作尤為引人關(guān)注。根據(jù)蒙特利爾協(xié)議的要求及修訂后的《我國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案》，泡沫塑料行業(yè)應(yīng)在2010年前完全停止使用氯氟烴類化合物作為發(fā)泡劑，2005年前大型PUR泡沫塑料企業(yè)完成CFC一11的替代工作。所采用的替代技術(shù)大致為：(1)連續(xù)環(huán)狀軟質(zhì)泡沫塑料用二氯甲烷作發(fā)泡劑，要結(jié)合快速熟化和液態(tài)二氧化碳發(fā)泡法；(2)箱式軟質(zhì)泡沫塑料采用二氯甲烷和減壓發(fā)泡；(3)半硬質(zhì)泡沫塑料用HFC一141b、戊烷或二氧化碳發(fā)泡。因此開發(fā)全新的CFC發(fā)泡劑替代物已成為各科研機構(gòu)研究的重點。
劉賢明對低發(fā)泡工藝進行了潛心研究。邱顏臣等論述了氯氟烴(CFC一11)替代品環(huán)戊烷的性質(zhì)及其制作的硬質(zhì)PUR泡沫塑料在全無氟綠色冰箱中的應(yīng)用研究成果，解決了環(huán)戊烷發(fā)泡劑易燃、易爆及在聚醚多元醇中溶解性差的問題。
關(guān)志強等研究了碳氫發(fā)泡新一代替代技術(shù)。根據(jù)環(huán)戊烷一異戊烷發(fā)泡制備PUR硬泡技術(shù)在冰箱中的應(yīng)用情況，并從發(fā)泡工藝及性能上與環(huán)戊烷發(fā)泡體系進行了比較。
結(jié)果表明，與環(huán)戊烷發(fā)泡體系相比，環(huán)戊烷一異戊烷發(fā)泡體系的加工工藝性良好，冰箱發(fā)泡灌注量減少了7％，泡沫塑料的密度減小10％ ，且尺寸穩(wěn)定性好，密度分布較環(huán)戊烷發(fā)泡體系均勻。
蘇莉探討了低密度軟質(zhì)PUR泡沫塑料全水發(fā)泡代替氯氟烴的技術(shù)路線，結(jié)果表明，新的全水發(fā)泡配方體系可使軟質(zhì)塊狀泡沫塑料的密度降至15～20 kg／m ，模塑型泡沫塑料的密度降至25 kg／m3，而其力學(xué)性能保持良好狀態(tài)。
王宏偉對硬質(zhì)PUR泡沫塑料用4類零臭氧消耗潛值(ODP)發(fā)泡劑[水、碳氫化合物、全氯烷、氫氟烴(HFC)]等的發(fā)泡特性進行了比較，并著重以HFC一134a和HFC一356為例介紹了氫氟烴發(fā)泡劑在硬質(zhì)PUR泡沫塑料中的應(yīng)用。
從這些研究結(jié)果不難看出，軟質(zhì)泡沫塑料生產(chǎn)中的CFC替代大多以二氯甲烷路線作為過渡。在零ODP替代路線中，以二氧化碳發(fā)泡的技術(shù)進步最快。當(dāng)然，也可以用HFC類物質(zhì)作為零ODP替代，但目前該類物質(zhì)中的優(yōu)先選擇目標(biāo)還未正式工業(yè)化，技術(shù)經(jīng)濟上還有待進一步評估。采用環(huán)戊烷及二氯甲烷發(fā)泡可以制得具有良好皮層的自結(jié)皮泡沫塑料產(chǎn)品，但該方法在安全生產(chǎn)方面所需的嚴格措施與代價令企業(yè)難以普遍接受，新一代的零ODP物質(zhì)如1，1，1，3，3一五氟丙烷(HCFC一245fa)和1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC一365fmc)可望成為較理想的最終替代物質(zhì)。在硬質(zhì)PUR泡沫塑料方面，對于導(dǎo)熱系數(shù)要求不是特別嚴格的場合，采用全水發(fā)泡是一種較為簡便的選擇，對于要求較高的場合(如建筑板材)替代問題比較復(fù)雜。在研究發(fā)泡劑的同時，也應(yīng)在原料的選擇、工藝路線的優(yōu)化及韌性改善等方面進行深入研究。
對于硬質(zhì)PUR泡沫塑料用助劑也有人在研究，并取得了較好的成果。其中氨類催化劑發(fā)展較快，雙(二甲氨基乙基)醚已由江蘇化工研究所研制成功并商品化。黎明化工研究院也研制成功了這種催化劑并已投產(chǎn)。金壇助劑廠等幾家企業(yè)生產(chǎn)的Ⅳ，Ⅳ ．二甲基環(huán)己氨在硬質(zhì)PUR泡沫塑料中有著廣泛的用途。用于模塑發(fā)泡的多種新型催化劑(包括延遲催化劑)也已商品化。山西東安化工廠、滄州精細化工試驗廠、浙江諸暨市精細化工實業(yè)公司、湖北省化工研究設(shè)計院等單位生產(chǎn)的辛酸亞錫中錫的總含量大于28％ ，亞錫量大于總錫量的96％。北京埃爾夫阿托綜合穩(wěn)定劑有限公司是國內(nèi)最大的二月桂酸二丁基錫的生產(chǎn)廠家。硬質(zhì)PUR泡沫塑料用的有機硅穩(wěn)定劑和軟質(zhì)泡沫塑料用的硅一氧碳型泡沫穩(wěn)定劑也早已工業(yè)化。江蘇省化工研究所、上海高橋石化公司化工三廠、浙江大學(xué)精細化工廠等企業(yè)均有新產(chǎn)品投放市場。中國石化天津分公司研究院也開發(fā)和生產(chǎn)了軟質(zhì)PUR泡沫塑料用泡沫穩(wěn)定劑(勻泡劑)，該產(chǎn)品是(硅樹脂／聚氧化烯烴)共聚物，也是軟質(zhì)PUR泡沫塑料的重要助劑。現(xiàn)計劃投資2000萬元建設(shè)1 kt／a的軟泡勻泡劑。該軟泡勻泡劑的附加值較高，據(jù)稱其原料成本約2萬元／t，加上其它成本，總生產(chǎn)成本不超過2．2萬元／t，而目前進口軟質(zhì)PUR軟泡勻泡劑的售價為5萬元／t。
在阻燃方面，含氮阻燃劑、膨脹型阻燃劑、無機阻燃劑、可膨脹石墨阻燃劑等在PUR泡沫塑料的阻燃方面都可發(fā)揮重要作用，無鹵阻燃劑已成為高分子材料阻燃劑發(fā)展的主流，得到了蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了不少新產(chǎn)品；但各種新型阻燃劑的阻燃性能和制作工藝還不盡完美，應(yīng)進一步研制開發(fā)和改進，以得到符合要求的新型高效無鹵阻燃劑。

標(biāo)簽：什么表示材料