聚氨酯的合成與加工方法

聚氨酯的合成方法是以化學反應為基礎的，有一步法和兩步法之分。所謂一步法就是將全部的原料一次混合反應或化學反應過程連續(xù)完成，生成聚氨酯產（制）品的方法。兩步法又稱預聚物法或預聚體法，是將低聚物多元醇和多異氰酸酯先反應生成分子量比較低的預聚物，然后再加入擴鏈劑與預聚物反應生成聚氨酯產（制）品。通常的預聚物由低聚物多元醇（如聚酯、聚醚）與過量的二異氰酸酯反應制備。其中易揮發(fā)的游離二異氰酸酯含量都要求比較低。如果二異氰酸酯的當量數大大超過多元醇的當量數（為2倍以上），那么大量的二異氰酸酯無處反應，只能以游離狀態(tài)存在于預聚物中，危害人體健康。但是不易揮發(fā)的異氰酸酯（如MDI）制備的預聚物允許存在較多的游離異氰酸酯，這種預聚物實際上是預聚物和二異氰酸酯的一種混合物。制備這種預聚物的目的主要是為了降低預聚物的黏度，以便在第二步反應中使預聚物組分和擴鏈交聯(lián)劑的黏度及體積比較接近，以提高計量的準確性和混合效果。為了有別于游離二異氰酸酯含量較低的預聚物，可將這種高游離異氰酸酯含量的預聚物稱為半預聚物或半預聚體。用半預聚物合成聚氨酯產（制）品的方法可稱為半預聚物法或半預聚體法。

聚氨酯彈性體按其制品加工方法可分為澆注型、熱塑型和混煉型聚氨酯三大類。隨著聚氨酯應用領域的擴大和加工技術的不斷進步，20世紀70年代以后，與上述三種傳統(tǒng)加工方法不同的反應注射成型（RIM）、水性聚氨酯、氨綸生產和噴涂聚脲彈性體成型等技術先后問世，并形成了各自完整的工藝和產品體系。

CPU在加工成型前為黏性液體，故有“液體橡膠”之稱。CPU彈性體一般是交聯(lián)型聚合物，由液體經反應變成固體后就是最終的制品。它可以用一步法或兩步法生產。其制品成型可以加壓硫化，又可常壓硫化;既可熱硫化，又可室溫固化;既可手工澆注，又可用澆注機連續(xù)澆注成型。所以澆注成型工藝的多樣性為大中型彈性體制品的生產提供了諸多方便。TPU和MPU在制品加工前均為固體，可稱為“固體橡膠”。TPU和MPU常用一步法生產，但要變成制品還要經過一步或幾步工藝過程才能完成。TPU是將低聚物多元醇、二異氰酸酯（如MDI）和小分子二醇經計量、混合進入雙螺桿反應器反應，經擠出、切粒和干燥，進行連續(xù)化生產。TPU的數均分子量在30000以上，硬度較高（邵A65~邵D85），用塑料加工設備生產制品。全熱塑TPU還可用熱熔涂覆，或配成DMF、丁酮等有機溶液，用浸漬或涂覆法生產PU革，或用作膠黏劑。MPU生膠與全熱塑TPU相似，亦為端羥基線型聚合物。但分子量較低（20000~30000），軟鏈段含量較高，可塑性大。MPU生膠可用間歇法或連續(xù)化生產，用通用橡膠加工設備加工制品。TPU和MPU的模壓制品都需在加熱和加壓下成型，這就給模具制造提出了很高的要求。所以，一般來說TPU和MPU只適宜于加工中小模壓制品。其中TPU偏重于較硬（邵A70以上）的制品，MPU偏重于較軟（邵A80以下）的制品。RIM聚氨酯彈性體是將低黏度、高活性的物料用高壓計量泵輸送到一個容積很小的混合頭沖擊碰撞混合后，注入模腔并快速反應，固化成型。RIM工藝主要用于生產中低密度自結皮聚氨酯微孔彈性體制品和基本無泡的彈性體制品。物料系統(tǒng)和模具的溫度較低（30~65℃），能量消耗少，生產效率高。因此RIM制品加工既不同于TPU注射成型，也有別于CPU制品加工。噴涂聚脲與一般的涂料不同，它是無溶劑、雙組分快速反應體系。它的物料體系類似于澆注的液體橡膠，但脲基含量高，氨酯含量低。活性高，凝膠快，能快速固化成型。噴涂設備類似于RIM設備，但不需要模具，技術要求更高。所以，噴涂聚脲技術從物料體系和成型方法。上彌補了上述方法的不足，解決了上述方法無法和難以加工成型的難題。RIM和噴涂聚脲產品是交聯(lián)型聚合物，在成型制品前也是液體。從這個意義，上說，也可叫液體橡膠或液體彈性體。但它們的吐出壓力比澆注機要高得多。此外，非泡聚氨酯彈性體還具有良好的機加工性能。