聚氨酯

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介紹

聚合物化合物是最重要的化合物之一，因為它們被廣泛用於各種用途。聚氨酯是一種常用的有機聚合物，用於產品塗層。聚氨酯用於製備高質量的油漆，其耐用性優於傳統油漆。它在加熱時不會熔化或沸騰。這些是熱固性聚合物。聚氨酯是由氨基甲酸酯分子鍵連線而成的。

什麼是聚氨酯？

聚氨酯，也稱為 PU 或 PUR，是一種有機聚合物，由許多有機單元透過氨基甲酸酯分子連線而成。大多數聚氨酯在加熱時不會熔化，被稱為熱固性聚氨酯。熱塑性聚氨酯是特定型別的聚氨酯，可以透過加熱重新成型和熔化。

圖 1：聚氨酯的結構

聚氨酯傳統上是透過二異氰酸酯或三異氰酸酯與多元醇之間的化學反應制備的。聚氨酯是具有兩種單體的交替共聚物，提供兩步聚合。這兩種單體——異氰酸酯和多元醇——用於聚氨酯的生產和加工。這些單體的每個分子通常至少包含兩個官能團。

聚氨酯的生產

二異氰酸酯和二醇相互反應生成聚氨酯。生產分三個步驟進行：二醇生產、異氰酸酯生產和聚氨酯生產。多元醇是具有末端羥基的聚酯或聚醚。它用於聚氨酯生產。二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI) 和甲苯二異氰酸酯 (TDI) 用於生產大多數聚氨酯。TDI 生產柔軟的泡沫。MDI 生產剛性和用途更廣泛的聚氨酯。

二醇與 MDI 或 TDI 的反應透過稱為縮聚反應的反應構建熱塑性線性聚合物。如果醇鏈中存在三個或更多個羥基，則會形成交聯的、剛性的和熱固性的分子。增塑劑、表面活性劑、交聯劑、發泡劑和填料是一些常用的新增劑，用於改善聚氨酯的效能。

聚氨酯泡沫

透過組合這兩種反應性液體，可以生產出剛性或彈性固體聚合物。透過在這個固體物質中物理或化學地形成氣泡，可以形成多孔泡沫材料。加入水的多元醇會引發化學發泡，導致在與異氰酸酯反應時形成 CO2 氣泡，而戊烷和其他低沸點物質則用於物理發泡。戊烷在放熱聚合反應過程中加熱後以氣泡的形式蒸發。

聚氨酯的特性

下面討論聚氨酯的一些特性。

• 二異氰酸酯和二醇的聚合反應產生聚氨酯。

• 聚氨酯分子由氨基甲酸酯鍵或 COONH 鍵形成。

• 聚氨酯的效能取決於生產方式。

• 如果多元醇鏈柔韌且長，則最終的聚氨酯會具有彈性和柔軟性。

• 如果交聯量很高，則最終產品會變得堅硬和堅韌。

• 三維網路可以形成聚氨酯的交聯結構。這會導致形成具有非常高分子量的聚合物。

• 聚合物的熱固性是由其結構決定的。聚氨酯通常在熱作用下不會熔化或軟化。

• 二異氰酸酯與二醇的反應會產生線性熱塑性聚合物。

聚氨酯的優點

聚氨酯具有發泡能力。在氨基甲酸酯聚合過程中，藉助 CO2 氣體的產生可以產生泡沫。另一個優點是聚氨酯可以形成高密度的微孔泡沫，而無需藉助發泡劑。

聚氨酯的用途

聚氨酯用於生產各種各樣的產品。其中一些如下所示。

• 柔性聚氨酯泡沫主要用於傢俱、汽車內飾、床上用品、包裝和地毯襯墊的緩衝用途。

• 剛性聚氨酯泡沫是公認的最省錢和節能的絕緣材料。它為牆壁、杆、門和窗提供高質量的隔熱。它有助於降低噪音水平，並保持均勻的溫度。它用於冰箱和冷凍機的隔熱。

• 塗覆聚氨酯可以提高許多產品的壽命和外觀。

圖 2：聚氨酯的用途

• 聚氨酯飾面可用於產品拋光。它比傳統方法提供更好的效果。聚氨酯漆或擦拭型聚氨酯用於混凝土或木質表面以提高耐用性和顏色。

• 水性聚氨酯乾燥速度快，毒性較低，因此使用率和普及率越來越高。

• 聚氨酯粘合劑提供強大的粘合效能，尤其是在其製造之後。聚氨酯密封膠比其他傳統工藝產生更緊密的密封。

• 聚氨酯彈性體用於模塑成所需形狀。與金屬相比，它們重量輕，並且可以恢復更大的應力。聚氨酯彈性體具有耐環境性。

結論

聚氨酯是一種有機聚合物，由許多透過氨基甲酸酯分子鍵連線的有機單元組成。聚氨酯有兩種型別：熱固性聚氨酯和熱塑性聚氨酯。其中一種可以在熱作用下熔化，而另一種則不能。這兩種聚合物都有廣泛的用途。聚氨酯是由異氰酸酯和多元醇的化學反應制成的。這種聚合物化合物用於絕緣、組裝、塗層以及許多其他家用和工業應用。

(常見問題)

Q1. 單體和聚合物有什麼區別？

A1. 單體是小的分子，單個原子能夠與至少兩個其他單體分子形成鍵。多個單體結合在一起形成稱為聚合物的合成物質類別。

Q2. 為什麼聚氨酯泡沫有用？

A2. 聚氨酯泡沫對建築物具有防水和氣密性作用。這是由於其高質量的隔熱效能。聚氨酯泡沫在基材和絕緣層之間沒有縫隙。它用於外牆保溫，並且是良好的空氣和水汽屏障。

Q3. 什麼是聚合？

A3. 聚合是利用單體制造聚合物的過程。單體是小的分子，它們透過化學結合形成鏈狀和超大分子，稱為聚合物。