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聚氨酯材料的应用究进展
添加:2021-3-29 14:49:51    游览:1875    来源:网络

  在众多高分子材料当中,聚氨酯材料的性能十分优越,在社会各领域当中得到广泛应用,属于一种新型材料。对其应用特点和效果进行研究,能够提升聚氨酯材料的利用率,创造良好的经济效益。对聚氨酯的制备来源进行分析,探索聚氨酯材料的具体应用及研究进展。

  随着我国社会的快速发展和生产力的增强,聚氨酯材料在诸多领域都发挥了其性能优势,为产品制造注入了强劲的活力。尤其是随着科学技术水平的不断提升,聚氨酯材料的性能也得到了明显改善,其用途更加广泛,为我国制造业的繁荣发展奠定了基础。产品形态和性能,会由于原料种类的变化而发生改变,大大提升了产品质量。胶黏剂、弹性纤维、半硬质、软质和硬质泡沫塑料、密封胶等,是几种常见的聚氨酯制品,在机电行业、交通运输行业、农业、汽车制造业和土木建筑行业等领域的应用已经十分普遍。应从聚氨酯材料的基本属性特点出发,对其应用方法与作用进行研究,真正体现聚氨酯材料的价值。

  聚氨酯的制备来源

  聚氨酯主要是由多元醇和异氰酸酯反应生成, 羟基和异氰酸基反应生成 -NHCOO- 单元,其反应式为:

  -N=C=O+HO- → -NH-COO

  聚氨酯材料的应用

  1、聚氨酯软泡

  聚氨酯软泡又被称为软质聚氨酯泡沫塑料,在柔软度和弹性上的优势明显, 因此在床垫和坐垫制造中的应用较多。相较于其他产品而言,聚氨酯软泡的用量相对较大,其制成品在吸音、弹性回复、保温和透气性能上较好,尤其是其自身的开孔结构特点,决定了其优越的功能属性[1]。聚氨酯软泡由于在耐负荷性能上具有一定的差异性,因此在实际应用中还包括了高回弹软泡、普通软泡、高承载软泡和超柔软泡等多种类型。模塑软泡和块状软泡也是聚氨酯软泡的两种不同类型,在生产工艺上具有差异化特点。在制作模塑软泡时,需要采用专门的模具,运用间隙法工艺直接制作;而在制作块状软泡时则主要应用连续法工艺,并对其进行切割处理,满足不同功能使用需求。吸音材料(室内隔音材料)、垫材(沙发、座椅和床垫)和织物复合材料(文胸海绵、玩具、垫肩和化妆棉)等,是聚氨酯泡沫的几种基本用途。

  2、聚氨酯硬泡

  聚氨酯硬泡又被称为硬质聚氨酯泡沫塑料,相较于聚氨酯软泡而言用量较少,同时具有闭孔结构[2]。应用聚氨酯硬泡时,可以为生产工作提供便捷,具有良好绝热性能,在耐热、隔音、耐溶剂和电绝缘等方面的优势十分显著。聚氨酯硬泡应用于冷库、冰箱、冷藏车和冰柜等冷冻冷藏设备当中时,能够起到良好的绝热效果,为产品保存与运输提供了便捷;聚氨酯硬泡也可以应用于管道和储罐等工业设备当中,起到保温作用,阻隔与外界的热交换;在西方诸多国家当中,聚氨酯硬泡已经广泛应用于建筑行业中,能够降低建设成本的同时,促进结构性能的增强,因此在我国建筑行业的未来发展当中,也应该逐步探索聚氨酯硬泡的应用;聚氨酯硬泡也能够应用于汽车内饰件和顶篷的制作当中,加快我国交通运输业的快速发展;结构泡沫塑料又包括玻璃纤维增强硬泡和高密度聚氨酯硬泡等,在韧性、强度、成型、生产效率等方面都具有良好优势,相较于天然木材而言,具有更低的密度和更高的强度,因此广泛应用于建筑、装饰设计等领域;在堵漏材料、防水灌浆材料和屋顶防水材料等灌封材料当中,聚氨酯硬泡的应用也较多,可以增强材料的防水堵漏性能。 在防腐性能和绝热性能方面,聚氨酯硬泡的实际应用效果也较好,由于微孔之间的连接被阻断,因此具有较小的吸水性和密度,在化学稳定性上相较于其他材料而言也更具优势[3]。在窗架、支架和门窗等建筑结构制作中可以应用高密度聚氨酯硬泡,而在集水槽、通风口和排水沟等结构中可以应用普通密度的聚氨酯硬泡。在实际使用中应该做好相应的防火处理,避免由于燃烧而产生有毒气体对人体生命健康造成威胁。

  3、 聚氨酯半硬泡

  聚氨酯半硬泡包括吸能性泡沫体、自结皮泡沫体和微孔弹性体等。其中,吸能性泡沫体的缓冲性能与减震性能较好,而且具有良好的变形复原和抗压缩负荷性能,在汽车保险杠的生产制造中应用较多。在汽车内部饰件和内功能件的制造中通常采用自结皮泡沫体,比如汽车的汽车扶手、方向盘和头枕等,RIM 加工技术是生产制作中的常用技术[4]。在制鞋工业通常采用微孔弹性体,能够提升鞋子的舒适度。

  4、 聚氨酯弹性体

  由于聚氨酯材料中存在异氰酸酯基团,因此增强了材料的耐磨性,这就是聚氨酯弹性体的基本特点,因此又被称为“耐磨橡胶”。相较于传统金属材料而言,它在耐损耗性能、降噪性能、重量和耐腐蚀性能、生产加工成本等方面都具有显著优势,而与传统塑料相比则在耐磨性和弹性记忆等方面的特点十分突出,同时较橡胶具有更强的承载性与耐撕裂性,为浇注和灌封等工艺提供便捷。在我国的医疗行业、工业、国防和农业中,聚氨酯弹性体的应用已经较为普遍。聚氨酯弹性体还包括混炼型聚氨酯弹性体和热塑型聚氨酯弹性体等,两者分别占总量的10% 和 25% 左右。应用于鞋底、压型胶辊、齿轮、实心轮胎、衬套轴承等制品时,应该根据不同制品的性能特点与生产要求,确定聚氨酯弹性体的硬度。此外,聚氨酯弹性体在建筑工业、矿山与冶金行业、轻工业、汽车工业和机械工业中的应用也较多,用于生产铺装材、防水材、聚氨酯合成革、密封圈、密封件和筛板等[5]。

  5、 聚氨酯浆料

  由于其生产工艺的不同,聚氨酯浆料包括干法聚氨酯浆料和湿法聚氨酯浆料,溶剂和固体含量分别在 65%~70% 和30%~35%。由于在干法和湿法中分别需要大量的甲苯、丁酮和纯 DMF 等,因此原料价格是影响聚氨酯浆料成本的直接因素。在人造革和聚氨酯合成革的生产制造中,聚氨酯浆料的应用较为广泛。聚氨酯合成革在手感、色泽、抗老化性能、耐磨损性能、抗霉菌性能等方面较好,同时其成本相对较低,能够满足加工和洗涤要求[6]。在体育行业、服装行业、箱包行业和制鞋行业等,聚氨酯浆料可以替代天然皮革。在干法聚氨酯浆料的制作当中,由于需要对丁酮和甲苯进行蒸发处理,因此会造成自然环境的破坏,同时资源浪费问题严重,不符合当前绿色化生产与可持续发展理念要求。湿法聚氨酯浆料则不存在上述问题,具有良好环保性能,在外观、柔软度和透气性等方面也较好,因此在生产制造业中的应用越来越多。

  6、 聚氨酯涂料

  聚氨酯涂料具有良好的装饰性,能够增强涂膜的美观性、耐腐蚀性、柔韧性、耐磨性、耐冲击性等,在当前建筑行业、车船行业、室内装潢行业和航空等领域中的应用较多,此外还应该于多种设备的防腐处理中,比如管道设备、石化设备和重型机械等。水性聚氨酯涂料在实践中的应用,主要包括了建筑涂料、木器漆和木地板漆、皮革涂层和纸张涂层等。它不仅能够为施工提供便利条件,而且有利于防止出现环境污染问题,具有环保性特点。

  7、聚氨酯胶黏剂

  氨基甲酸酯基团和异氰酸根,是聚氨酯胶黏剂中的主要成分,其化学活泼性和极性特征明显,因此可以与很多基材产生良好的黏接,比如织物、橡胶、泡沫、玻璃、皮革、金属和陶瓷等。在结构性黏合中,聚氨酯胶黏剂的应用效果也较好,能够给增强制品的抗冲击性和抗剪强度。由于软硬过渡层的形成,因此可以有效提升黏接力,起到良好减震和缓冲效果。与其他胶黏剂相比而言,聚氨酯胶黏剂也具有超低温性能,同时不会对环境造成污染与破坏, 在未来发展中以水性聚氨酯胶黏剂为主。

  8、聚氨酯密封胶

  对接头、孔洞和接缝进行填充时可以采用聚氨酯密封胶,在当前交通运输行业和建筑行业中的应用较多,比如门窗的填充密封、车窗的密封和桥梁、公路的嵌缝密封等。相较于其他密封胶而言,聚氨酯密封胶具有较强的环境适应性,在不同条件下都能发挥其独特性能优势。在黏结性、机械强度、弹性、耐磨性、耐候性、耐油性等方面也较好,同时可以降低成本投入。

  聚氨酯材料的应用研究进展

  聚氨酯的生成原理最先由德国教授 Otto Bayer 发现,对于硬质聚氨酯泡沫塑料的研究则兴起于 20世纪 40年代的美国,在飞机夹芯板部件的生产制造中应用较多,进入到 50年代后逐渐生产了聚酯型软质聚氨酯泡沫材料,生产设备也逐渐成熟,为大规模的生产制造提供了保障。进入到20世纪60年代后,硬质聚氨酯泡沫塑料则可以通过多异氰酸酯 PAPI 制造,有利于其产品性能的提升,同时达到了降低毒性的效果, 其应用范围不断扩增。70年代后,聚氨酯软泡生产工艺水平逐渐提升,模塑聚氨酯泡沫塑料也被应用于生产实践当中。在液态二氧化碳发泡制软泡聚氨酯产品中,需要采用专门的表面活性剂产品,环戊烷类发泡剂在西方发达国家生产中的应用较多。

  结语

  聚氨酯材料在性能上具有较强的优越性,因此其应用领域也相对较为广泛,有效提升了生产制造业的竞争力,促进产品性能的增强。聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡、聚氨酯半硬泡、聚氨酯弹性体、聚氨酯浆料、聚氨酯涂料、聚氨酯胶黏剂和聚氨酯密封胶等是聚氨酯材料的几种常见类型,其性能特点与应用领域也有所差异性。应该逐渐加强性能优化,增强功能丰富性的同时,保障其环保性特点。

  参考文献

  [1] 韩玲. 聚氨酯材料在汽车工业中的应用及发展方向 [J]. 化工设计通讯,2020,46(6) :70-71.

  [2] 郭桂宏,丛林,杨帆,等. 聚氨酯材料在路面工程中的应用进展 [J].公路交通科技,2020(6) :1-10.

  [3] 张晟基 . 几种聚氨酯材料的应用研究进展 [J]. 橡胶科技,2020(4):190-193.

  [4] 周继宏,吕杰,刘佳,等. 聚氨酯高分子合成及应用研究进展[J].化工时刊,2019(12) :27-31.

  [5] 刘都宝,鲍俊杰,唐邓,等. 功能聚氨酯材料研究进展及应用[J].中国胶粘剂,2007(5) :51-54.

  [6] 王瑞琦. 木质素氧化、酯化改性及在聚氨酯材料中的应用研究[D].长春:吉林大学,2019.

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