聚氨酯塑料：从粘合剂到瑜伽裤

聚氨酯通常看起来不像塑料。它是什么以及它是如何产生的？

聚氨酯是一种由聚氨酯连接的聚合物。这些连接是通过二异氰酸酯或多异氰酸酯与多元醇反应形成的。聚氨酯的独特之处在于它不像许多其他塑料那样制造。大多数聚合物（例如聚乙烯）以粉末形式生产，然后模制成所需的形式。相比之下，聚氨酯通常直接形成最终产品。

聚氨酯塑料有什么用途？

聚氨酯是各种商业应用和建筑材料的基础成分。它还可以在服装、体育用品和交通管理设备中找到。

聚氨酯塑料通常用作冲浪板和船舶设备的基础组件。

塑料件

聚氨酯塑料可以是刚性的或柔性的。硬质聚氨酯用于工业和商业应用的结构部件。它还用于冲浪板和船组件，以及电子仪器挡板。柔性聚氨酯是制作高尔夫球杆和网球拍等运动器材握把的常用材料。

柔性护柱经久耐用且具有成本效益——专为无磨损、低影响的交通管理而设计。

弹性护柱

聚氨酯柔性护柱为停车场和城市街道提供交通管理解决方案。低冲击护柱耐用且具有成本效益，可用作自行车道轮廓线或标记停车位的尽头。对于交通需求不断变化的区域，可拆卸的灵活系船柱可实现多种配置。

氨纶由至少 85% 的聚氨酯组成，主要用于运动服。

面料

使用干纺技术可以将聚氨酯转化为纤维。这些纤维广泛用于从运动服到袜类的服装面料。从化学上讲，这种被称为氨纶、莱卡或弹性纤维的织物至少含有 85% 的聚氨酯。

聚氨酯的高承载特性可制成耐用的弹性车轮。

车轮

聚氨酯具有高承载能力，是弹性车轮和轮胎的基础材料。这些可以在购物车、电梯、过山车和旱冰鞋上找到。

聚氨酯涂层地板可防止磨损和冲击。

地板和基础设施

聚氨酯涂料非常适合需要耐磨和耐腐蚀的表面，例如硬木地板和户外基础设施。通过定期维护，可以保护这些表面免受日常磨损。

半柔性聚氨酯泡沫具有更坚固的特性，非常适合汽车仪表板和车门内衬。

泡沫和垫子

软质泡沫柔软，具有高吸收特性。半柔性聚氨酯泡沫更坚固，可用于汽车仪表板和车门内衬。高回弹泡沫产品适用于泡沫座椅、密封件和绝缘板。

聚氨酯泡沫喷雾剂可以填充窗户周围的缝隙，以获得更好的隔热效果。

粘合剂和密封剂

聚氨酯用于高性能粘合剂和表面密封剂。这些密封剂填充间隙，同时允许建筑材料膨胀和收缩。密封剂的弹性特性允许 25-50% 的运动。泡沫喷剂也是由聚氨酯制成的，可以填充裂缝以提高建筑绝缘性能。

聚氨酯特性

可以控制聚氨酯的聚合物密度，从而产生一系列性能。聚氨酯的优点包括高弹性和成型性，使其成为许多塑料产品的理想基材，如上所示。

聚氨酯特性

优势

缺点

高耐磨性和耐溶剂性

低热能力

高承载能力和弹性

毒性（异氰酸酯）

高绝缘

对阳光的耐受性低

成型质量好

易燃

聚氨酯结构及生产

聚氨酯是由两个分子（异氰酸酯和多元醇）之间的放热反应产生的，这两个分子产生了氨基甲酸酯键。首先要了解异氰酸酯和多元醇，因为聚氨酯是这两种化合物的产物。

1) 异氰酸酯

异氰酸酯的分子式为 R–N=C=O。它是一种具有反应性的有机化合物，通常包含聚合材料。当异氰酸酯具有两个异氰酸酯基团时，它被称为二异氰酸酯 (TDI)。 TDI用于与多元醇反应生产聚氨酯。

2) 多元醇

多元醇可以是聚醚或聚酯多元醇。聚醚多元醇是在环氧化物与含活性氢的化合物反应时制成的。多官能羧酸和多羟基化合物之间发生缩聚反应。具有较高分子量的多元醇产生柔性聚氨酯。低分子量多元醇生产硬质聚氨酯。

3) 聚氨酯

聚氨酯生产中使用的异氰酸酯和多元醇的类型会影响其性能。多元醇负责控制聚合物的柔韧性和弹性。较长的链和低交联度会产生有弹性的聚合物，而较短的链会产生较硬的聚合物。异氰酸酯和多元醇有多种选择，生产采用多种加工条件。

添加剂也参与聚氨酯制造过程。这些化学品控制聚氨酯的形成反应和性能。

聚氨酯生产中使用的添加剂

催化剂

加速化学反应

交联剂

机械加固

阻燃剂

降低可燃性

增塑剂

降低硬度

填充物

改善材料性能并降低成本

发泡剂表面活性剂

控制泡沫聚氨酯的泡孔结构

烟雾抑制剂

降低燃烧时的烟雾水平

颜料

为美学增添色彩

聚氨酯的分类

聚氨酯根据其对热的反应可分为两类：

热塑性

热塑性聚氨酯用途广泛，可以多次重新加热和重新成型。加热时，它会变成液体，可以成型为所需的形状，而不会改变塑料的特性。热塑性聚氨酯最适合需要耐热性超过 250°F 的最终产品。

热固性塑料

热固性聚氨酯不能多次形成。当热固性聚氨酯硬化时，它会发生化学反应，使变化永久化。热固性聚氨酯是承重和耐磨产品更耐用的选择。

聚氨酯的种类

聚氨酯可分为四种主要类型：弹性体、涂料、软质泡沫和交联泡沫。对于每种类型，应选择最合适的聚氨酯类别——热塑性塑料或热固性塑料。根据具体的设计和应用，必须考虑对热量、重量和磨损的不同要求。

弹性体

聚氨酯弹性体具有非常高的弹性。交通安全设备，例如柔性系柱，受益于这些弹性特性。设计用于在车辆下方弯曲，灵活的系船柱在被压扁后可以迅速恢复到原来的形状。

涂料

聚氨酯涂料可抵抗工业清洁剂等苛刻溶剂。它们还提供一些防止冲击的保护。聚氨酯涂料是需要耐磨性的表面的理想选择。也可提供水基解决方案。

弹性泡沫

软质泡沫具有高冲击强度和缓冲性。半柔性聚氨酯泡沫也可作为更坚固的替代品。

交联泡沫

与软质泡沫相比，交联泡沫具有更硬、更厚的结构。

聚氨酯塑料保养

聚氨酯易于保养且维护成本低。它耐溶剂、耐油和耐腐蚀，而且耐候性和耐磨性非常高。定期维护就像用湿布擦拭表面一样简单。对于表面损坏较多的情况，可以使用清洁剂和清洁剂。但是，最好将刺激性清洁剂留到偶尔使用，因为它们会影响某些聚氨酯饰面的光泽度。

聚氨酯塑料回收

聚氨酯可以通过两种方式回收：机械回收或化学回收。机械回收利用聚合物形式的材料进行再利用，而化学回收将材料恢复到其化学成分。

1) 机械回收

重新粘合

聚氨酯废料被切成小块，喷洒预聚物，并与所需等级的泡沫结合。回收地毯衬垫的一种流行方法。

重新研磨

聚氨酯工业饰边被研磨成细粉。然后可以将粉末与原始材料结合，生产出新的聚氨酯泡沫。

压胶

聚氨酯部件被造粒和混合，然后在加热和压力下形成板或模制品。所得刨花板可用于隔音产品和家具应用。

2) 化学回收

糖酵解

工业和消费后聚氨酯与二醇在高温下混合。通过化学反应产生新的多元醇，然后可用于制造回收的聚氨酯。

水解

使用过的聚氨酯和水之间的反应产生可用作燃料的多元醇。中间化学品可作为原料生产再生聚氨酯。

热解

天然气和石油是在无氧环境中分解聚氨酯产生的。

加氢

使用过的聚氨酯通过加热、加压和氧气产生气体和石油。

聚氨酯的未来

聚氨酯是一种令人印象深刻的资源，具有多种实用特性。聚氨酯产品的种类繁多——从塑料、泡沫、涂料到密封剂——有利于众多行业。

聚氨酯产品具有周期性的生命周期，因为即使在产品生命周期结束后仍会继续保值。 2010 年，美国汽车制造商克莱斯勒宣布将使用 180,000 磅的可回收聚氨酯泡沫制造座椅和头枕。随着世界走向绿色，聚氨酯行业也采用了可持续的做法。