专家讲座－－聚氨酯合成常用原料.doc

聚氨酯合成常用原料
(黎明化工研究院叶青萱)
摘要列举聚氨酯合成常用原料,分别叙述其必要性和功能性。
1. 概述
聚氨基甲酸酯是指分子主链中含有氨基甲酸酯重复单元链(-H-)的聚合物的统称,简称聚氨酯(PU)。
绝大多数PU是由多异氰酸酯和含有活泼氢原子的物质如多元醇,加聚反应
而成。其化学反应表达式如图1所示:
图1 聚氨酯合成反应表达式
由于PU所用原料品类繁多,加工方法各异,性能范围宽广,因而应用领域不断拓展,已成为世界六大发展合成材料之一。根据IAL Consultants (London)的调查统计和预测,其最终产品全球生产量持续增长。按最终产品类别分,其分别产量如表1所示。
表1 全球PU产品产量(以t计)
产品类别
2000年
2005年
年均增长率
(%)
2010年
年均增长率
(%)
CASE
3484940
4792195

5877100

粘合剂
476000
592370

669700

软质泡沫
3672125
4944500

5942000

硬质泡沫
2290215
3423500

4418800

总计
9923280
13752565

16907600

注:年均增长率数据系笔者所算。CASE是涂料、胶粘剂、密封剂和弹性体的总称。
表1数据显示,硬质泡沫(硬泡)增长速度最快,可能是全球节能法规日益严格,绝热材料需求量应运增长的缘故。CASE次之,其中热塑性聚氨酯(TPU)树脂深受关注,由它可制备CASE最终产品。
据中国PU工业协会统计,中国PU产品2005年的消费量达300万t,。。表2列出中国近年PU原料和产品的消费量。
表2 中国近年PU原料和产品的消费量(万t)
类别
2003
2004
2005
年均增长率%
原料
MDI




TDI




聚醚



(05)
总计



(05)
产品
软质泡沫




硬质泡沫




泡沫总计




CPU




TPU




防水及铺装材料




氨纶




鞋底原液




合成革浆料(干树脂)
35()
53()
65()
()
涂料(干树脂)
29( )
32()
35()
()
胶粘剂/密封剂(干树脂)
()
19( )
21( )
()
产品总计(干树脂)
()
259()
300()
()
注:()中数据系干树脂的。
2. 聚氨酯合成基本原料
多异氰酸酯
纵观整个聚氨酯化学,可以说几乎都和异氰酸酯的反应活性有着密切的关系。多异氰酸酯系聚氨酯的关键原料,其通式为:R-(N=C=O)n, n=2~4。其极高的反应性,特别是对亲核反应物的反应性,主要是由含有氮、碳及氧的积累双键区中碳原子的正电特性所决定的。异氰酸酯基团中的电子密度及电荷分布可如图2所示:
图2异氰酸酯基团中的电子密度及电荷分布
由异氰酸酯基团的共振结构表明,碳原子上的正电荷明显,且其取代基对它的反应性有显著影响。若R为芳基,负电荷就由氮原子吸引到芳核上,使碳原子上的正电荷增加。这就是芳香族异氰酸酯的反应性显著高于脂肪族的原因。苯核上取代基对异氰酸酯基正电特性的影响是人所共知的:在对位或邻位上的吸电子取代基可增加异氰酸酯基的反应性,而给电子取代基则降低其反应性。
表3列出常用的多异氰酸酯。
表3 常用多异氰酸酯
在上列多异氰酸酯中,广泛使用的是TDI和MDI。它们的