聚氨酯分子结构与性能的关系
聚氨酯由长链段原料与短链段原料聚合而成，是一种嵌段聚合物。一般长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。软段和硬段的种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。
聚氨酯的性能，归根结底受大分子链的形态结构所影响。特别是聚氨酯弹性体材料，软段和硬段的相分离对聚氨酯的性能至关重要，聚氨酯的独特的柔韧性和宽范的物性可用两相形态学来解释。聚氨酯材料的性能在很大程度上取决于软硬段的相结构基微相分离程度。适度的相分离有利于改善聚合物的性能。
从微观形态结构看，在聚氨酯中，强极性和刚性的氨基甲酸酯等基团由于内聚能大，分子间可形成氢键，聚集在一起形成硬段微相区，室温下这些微区呈玻璃态次晶和微晶；极性较弱的聚醚链段或聚酯等链段聚集在一起形成软段相区。软段和硬段虽然有一定的混溶，但硬段相区与软段相区具有热力学不相容性质，导致产生微观相分离，并且软段微区及硬段微区表现出各自的玻璃化温度。软段相区主要影响材料的弹性及低温性能。硬段之间的链段吸引力软段之间的链段吸引力，硬相不溶于软相中，而是分布其中，形成一种不连续的微相结构，常温下在软段中起物理交联点的作用，并起增强作用。故硬段对材料的力学性能，特别是拉伸强度、硬度和撕裂强度有重要影响。这就是聚氨酯弹性体中即使没有化学交联，常温下也能显示高强度、高弹性的原因。聚氨酯弹性体中能否发生微相分离、微相分离的程度、硬相在软相中分布的均匀性都直接影响弹性体的力学性能。
实际上，软段、硬段分子结构、分子量等因素也影响聚氨酯的相分离。例如，聚氧化丙烯型聚氨酯由于软段的极性与硬段相差大，相分离明显，溶解在软段中的硬段少，即软段中“交联点”少，也是强度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。
一、影响聚氨酯性能的基本因素
1.基团的内聚能
通常聚合物的各种性能，如机械强度、结晶度等与基团的内聚能大小有关。聚氨酯分子中，除含有氨基甲酸酯基团外，不同的聚氨酯制品中还有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲、芳环及脂链等基团中的一种或多种。各基团对分子内阴历的影响可用组分中各不同基团的内聚能表示，如下表所示：
由上表可见，酯基的内聚能比脂肪烃和醚基的内聚能高；脲基和氨基甲酸酯基的内聚能高，极性强。因此，聚酯型聚氨酯的强度高于聚醚型和聚烯烃型，聚氨酯-脲的内聚力、黏附性及软化点比聚氨酯的高。聚氨酯材料的结晶性、相分离程度等与大分子之间和分子内聚能有关，这些与组成聚氨酯的软段及硬段种类有关，也即与基团种类及密集程度有关。
2.氢键
硬段的氨基甲酸酯或脲基的极性强，氢键多存在与硬段之间。据报道，聚氨酯中的多种基团的亚氨基（NH）大部分能形成氢键，而其中大部分是NH与硬段中的羰基形成的，小部分与软段中的醚氧基或酯羰基之间形成的。氢键起物理交联作用，它可使聚氨酯弹性体具有较高的强度、耐磨性。氢键越多，分子间作用力越强，材料的强度越高。
3.结晶性
结构规整、含极性及刚性基团多的线型聚氨酯，分子间氢键多、材料的结晶度高，这影响聚氨酯的某些性能，如强度、耐溶剂性，聚氨酯材料的强度、硬度、和软化点随结晶度的增加而增加，伸长率和溶解性则降低。对于某些应用，如单组分热塑性聚氨酯胶粘剂，要求结晶快，以获得初黏力、某些热塑性聚氨酯弹性体因结晶性高而脱模快。结晶聚合物经常由于折射光的各向异性而不透明。
若在结晶性线型聚氨酯中引入少量支链或侧基，则材料结晶性下降，交联密度增加到一定程度，软段失去结晶性，整个聚氨酯弹性体可由较坚硬结晶态变为弹性较好的无定形态。在材料被拉伸时，拉伸应力使得软段分子基团的规整性提高，结晶性增加，会提高材料的强度。硬段的极性越强，越有利于材料的结晶。
4.交联度
分子内适度的交联可使聚氨酯材料硬度、软化温度和弹性模量增加，断裂伸长率、永久变形和在溶剂中溶胀性降低。对于聚氨酯弹性体，适当交联，可制得机械强度优良、硬度高、富有弹性，且有优良耐磨、耐油、耐臭氧机耐热性等性能的材料。但若过度交联，可使拉伸强度、伸长率等性能下降。
5.分子量
线型聚氨酯（弹性体）的分子量在一定程度内对力学性能有较大的影响，分子量的增加，则聚氨酯的拉伸强度、断裂伸长率和硬度增加，而在有机溶剂中的溶解性下降。对高交联度的聚氨酯材料，如泡沫塑料、涂料等，分子量并非是影响其性能的主要因素。
二、软段对性能的影响
聚醚、聚酯等低聚物多元醇组成软段。软段在PU中占大部分，不同的低聚物多元醇与而异氰酸酯制备的PU性能各不相同。下表列出了各种低聚物多元醇的种类与所制得PU性能的关系。
极性强的聚酯作为软段得到的聚氨酯弹性体及泡沫的力学性能较好。聚酯型聚氨酯的强度、耐油性、耐热氧化稳定性比PPG聚醚型的高，但耐水解性比聚醚型的差。聚四氢呋喃（PTMEG）型聚氨酯，由于PTMEG的结构规整，易于形成结晶，强度与聚酯型的不相上下。一般来说，聚醚型聚氨酯由于软段的醚基较易旋转，具有较好的柔顺性，有优越的低温性能，并且聚醚中不存在相对较易水解的酯基，其耐水解性比聚酯型的好。以聚丁二烯为软段的聚氨酯，软段极性弱，软硬段间相容性差，弹性体强度较差。
含有侧链的软段，由于位阻作用，氢键弱，结晶性差，强度一般比相同软段主链的无侧基聚氨酯差。
软段的分子量对聚氨酯的力学性能有影响，一般来说，假定聚氨酯分子量相同，其软段若为聚酯，则PU的强度随聚酯二醇分子量的增加而提高；若软段微聚醚，则PU的强度随聚醚二醇分子量的增加而下降，不过断裂伸长率却上升。这是因为聚酯型软段本身极性就较强，分子量大则结构规整性高，对改善强度有利；而聚醚段则极性较弱，若分子量增大，则PU中硬段的相对含量就减小，强度下降。
软段的结晶性对线型聚氨酯链段的结晶性有较大的贡献。一般来说结晶性对提高聚氨酯制品的性能是有利的，但有时结晶会降低材料的低温柔顺性性，并且结晶性聚合物常常不透明。为了避免结晶，可打乱分子的规整性，如采用共聚酯或共聚醚多元醇，或混合多元醇、混合扩链剂等。
三、硬段对性能的影响
聚氨酯的硬段由反应后的二异氰酸酯或二异氰酸酯与扩链剂组成，含有芳基、氨基甲酸酯基、取代脲基等强极性基团，通常芳香族异氰酸酯形成的刚性链段构象不易改变，常温下伸展成棒状。硬段通常影响聚合物的软化熔融温度及高温性能。
异氰酸酯的结构影响硬段的刚性，因而异氰酸酯的种类对PU材料的性能有很大的影响。芳香族异氰酸酯分子中刚性芳环的存在以及生成的氨基甲酸酯键赋
予聚氨酯较强的内聚力。对称二异氰酸酯使聚氨酯分子结构规整有序，易形成氢键，故4,4’-MDI比不对称的二异氰酸酯（如TDI）所制聚氨酯的内聚力大，模量和撕裂强度等力学性能高。芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯由于硬段含芳环，因而使其硬段内聚强度增大，材料强度一般比脂肪族异氰酸酯型聚氨酯的大，但易泛黄。脂肪族PU则不会泛黄。不同的异氰酸酯结构对聚氨酯的耐久性也有不同的影响。芳香族比脂肪族异氰酸酯的PU耐热氧化性能好，因为芳环上的氢较难氧化。
扩链剂对PU性能也有影响。含芳环的二元醇与脂肪族二元醇扩链的聚氨酯相比有较好的强度。二元胺扩链剂能形成脲键，脲键的极性比胺酯键强，因而二元胺扩链的聚氨酯比二元醇扩链的聚氨酯具有较高机械强度、模量、黏附性，并且还有较好的高温性能。浇注型聚氨酯弹性体多采用芳香族二胺MOCA作扩链剂，除了固化工艺因素外，就是因为弹性体具有良好的综合性能。
聚氨酯的软段在高温下短时间不会很快被氧化和发生降解，但硬段的耐热性影响聚氨酯的耐温性能，硬段中可能出现由异氰酸酯反应形成的几种键基团，其热稳定性顺序如下：
异氰酸脲酯>脲>氨基甲酸酯>缩二脲>脲基甲酸酯
其中最稳定的异氰尿酸酯在270℃左右才开始分解。胺酯键的热稳定性随着邻近氧原子的碳原子上取代基的增加及异氰酸酯反应的增加或立体位阻的增加而降低。
提高PU中硬段的含量通常使硬度增加、弹性降低。
聚氨酯的化学原理 聚氨酯实际上是各种不同类型的异氰酸酯与含活性氢化合物生成的加聚物;因此,聚氨酯胶粘剂在制备与固化过程式中,都要发生异氰酸酯与活化氢化合物的反应,所以聚氨酯化学是异氰酸酯的反应为基本原理; 一、异氰酸酯的化学反应 1、异氰酸酯与羟基的反应 异氰酸酯能与醇、多元醇、聚醚、聚酯等含羟基化合物的活性氢反应,生成氨基甲酸酯;这类反应是聚氨酯胶粘剂合成与固化的基本反应;在些类反应中空间位阻对反应影响很大,异氰酸酯与伯羟基的反应十分迅速,比仲羟基快3倍,比叔羟基快200倍; 2、异氰酸酯与水的反应; 异氰酸酯与水的反应首先生成不稳定的氨基甲酸,然后分解成二氧化碳和胺;如果异氰酸酯过量,可继续反应生成取代脲反应如下： R—NCO + H2O → R—NHCOOH → R—NH2 + CO2 R—NCO + RNH2 → R—NHCONH—R 单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂就是利用上述反应进行固化,而对于双组分聚氨酯胶粘剂在潮湿环境中粘接,胶层容易产生气泡,粘接强度可降低10%~20% 3、异氰酸酯与胺基的反应 异氰酸酯与胺基的反应生成脲,由于伯胺反应活性太大,在聚氨酯胶粘剂中常用活性较小的芳香二胺如MOCA等,作为异氰酸酯基封端预聚体的固化剂;
4、异氰酸酯与羧基的反应 异氰酸酯与羧基的反应的活性低于伯羟基或水,首先反应生成酸酐,然后分解成酰胺和二氧化碳这对粘接不利;若在异氰酸酯和羧酸二者之中仅其一是芳香族的它们在室温下反应时则主要生成酸酐、脲和二氧化碳; 5、异氰酸酯与脲的反应; 异氰酸酯与取代脲的反应生成缩二脲聚氨酯胶粘剂在较高温度>1000C下可产生支化或交联、能提高粘接强度; 6、异氰酸酯与酚的反应; 异氰酸酯与酚的反应要比与羟基的反应迟缓,即使在50~700C下其反应速度也很慢;然而可用叔胺或氯化铝催化反应速度;为个反应有催化剂存在且较高温度下为可逆反应,可用于制备封闭型异氰酸酯胶粘剂; 7、异氰酸酯与酰胺的反应 异氰酸酯与酰胺的反应活性很低,仅在1000C时才有一定的反应速度,并且生成酰基脲; 8、异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应 异氰酸酯与氨基甲酸酯的反应活性比脲低,只有在高温120~1400C或者在有选择性催化剂作用下,异氰酸酯与氨基甲酸酯才有足够的反应速度,并经聚合反应生成脲基甲酸酯; 9、异氰酸酯的二聚反应
聚氨酯的性能及其改进 1. 聚氨酯的性能 主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。由异氰酸酯（单体）与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围（－50-150℃）的材料，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。 聚氨酯和其他高分子材料一样,其性能受多方面因素的影响。主链分子结构的基本构成、分子量、分子间的作用力、结晶倾向、支化和交联,以及取代基的性能、位置和体积大小。所以，由不同的原材料制得的聚氨酯在性能上存在着一定的差异。选用不同的扩链剂和交联方法对性能都将产生不同程度的影响。采用低分子二胺做扩链剂,在基体内生成强极性、耐水解的脲基,使得制品表现出优良的抗拉伸强度和抗撕裂强度,但扯断伸长率和耐候性却比较差。而二醇扩链剂则能同时赋予PU 优良的耐候、抗拉伸和抗撕裂性能。在工业生产过程中,催化剂的选用对产品的性能也存在着重要的影响。常用的催化剂有两类:叔胺类和有机锡类。不同类型的催化剂在反应过程中所起到的作用存在着差异。叔胺类催化剂主要催化水与异氰酸酯的反应,有机锡类化合物主要对醇与异氰酸酯的反应起作用,而对水的催化作用较小。在工业中由于用水做发泡剂用,所以经常同时选用叔胺和有机锡类作为混合催化体系。 2. 水性聚氨酯（PU）性能改进 传统方法制备的水性PU结构中有—COOH、—SO —、—OH、—O —等亲水基团,这些基团的存在使水性PU产品耐水性、耐溶剂性、耐热性等性能降低,为了弥补传统方法的不足,研究人员进行了很多改性工作。 由于物理共混方法改性对材料性能改良的局限性,人们越来越多地采用化学改性的方法。秦玉军等以端羟基液体聚丁二烯(嘞)、氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷(PS)、异氟二酮二异氰酸酯(IPDL)为原料制备预聚体,利用多元胺(MOCA)为固化剂,合成一系列氨基硅油改性的聚氨酯.通过对材料的力学性能、动态力学性能、表面水接触角和对材料进行的ESCA表面分析表明,HTPB - IPDI型聚氨酯具有优
聚氨酯的结构 聚氨酯是一种重要的聚合物材料，由于其独特的化学结构和优良的性能，被广泛应用于各个领域。聚氨酯的结构是由聚酯、聚醚或聚氨酯醚的主链上交替排列的酯或醚交联剂构成的。下面将从聚氨酯的结构特点、制备方法、性能及应用等方面介绍聚氨酯。 聚氨酯的结构特点主要体现在其分子链的构成上。聚氨酯的主链由聚酯、聚醚或聚氨酯醚组成，这三类材料中的每一种都有不同的特性和应用领域。聚酯聚氨酯具有较高的耐热性和耐候性，适用于制备耐久性要求较高的材料；聚醚聚氨酯具有较好的弹性和耐磨性，适用于弹性体和密封材料；聚氨酯醚具有较好的耐油性和耐溶剂性，适用于制备涂料和粘合剂。 聚氨酯的制备方法多种多样，常见的方法有聚合反应和预聚体法。聚合反应方法一般是将聚酯、聚醚或聚氨酯醚与异氰酸酯或多异氰酸酯进行反应，生成聚氨酯。预聚体法是将聚酯、聚醚或聚氨酯醚与异氰酸酯或多异氰酸酯进行反应，得到聚氨酯预聚体，再与二元醇或多元醇反应，形成交联结构。 聚氨酯具有许多优良的性能，其中包括机械性能、热性能、化学稳定性和耐候性等。聚氨酯具有较高的强度和韧性，可以制备出各种硬度的材料；具有较好的耐热性和耐寒性，可在较宽的温度范围内使用；具有较好的耐腐蚀性和耐溶剂性，可以在各种化学环境下使
用；具有较好的耐候性，可以在户外环境中长时间使用而不受损害。 聚氨酯由于其独特的结构和性能，被广泛应用于各个领域。在建筑行业中，聚氨酯可以制备保温材料和隔音材料，提高建筑物的能源利用效率和舒适性。在汽车行业中，聚氨酯可以制备汽车座椅、车身覆盖件等，提高汽车的安全性和舒适性。在家具行业中，聚氨酯可以制备沙发、床垫等，提高家具的舒适性和耐用性。在医疗行业中，聚氨酯可以制备人工关节、医用胶带等，提高医疗器械的性能和可靠性。 聚氨酯是一种重要的聚合物材料，其结构特点、制备方法、性能和应用都具有独特的优势。通过合理的材料选择和制备工艺，可以制备出满足不同需求的聚氨酯材料，推动各个领域的发展和进步。未来，随着科学技术的不断进步，聚氨酯材料将在更多的领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子材料的结构和性能关系高分子材料是指由多个重复单元通过共价键或者物理吸附的方式连接成为大分子的材料。在现代工业生产和科技领域，高分子材料的应用非常广泛，包括塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、化妆品、医疗器械等领域。高分子材料的结构和性能关系是理解其基本特性和优化设计的基础，而这对于高分子材料的应用和开发具有非常重要的意义。 一、高分子材料的结构类型 高分子材料的结构类型非常多样，但是大致可以分为线性高分子、支化高分子和网络高分子三类。线性高分子通常是由同一种或者不同的单体经过简单的共价键反应而形成的，具有连续的单一结构，因此具有较好的可加工性和柔性。典型的线性高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。支化高分子则是通过在主链上引入支链或者侧链而形成的，这样可以加强材料的分子间相互作用和扭曲程度，从而提高其力学性能和热稳定性。典型的支化高分子材料包括聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺等。网络高分子则是由主链和侧链网络交错而形成的，因此具有较强的物理交联和结构稳定性。典型的网络高分子材料包括硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂等。
二、高分子材料的分子结构 高分子材料的分子结构是其性质和性能的基础，主要由单体结构、分子量、分子分布等因素决定。单体结构不同会影响高分子 材料的晶型、链转动性等性质，因此单体的选择非常重要。分子 量则是高分子材料物理和化学性质的主要影响因素之一，通常使 用分子量分布曲线来描述高分子材料的分子量分布。分子量分布 是指在一定分子量范围内分子的数量分布情况。例如，单峰分子 量分布通常用于制备聚合物的纯度高、分子结构均一的情况，而 宽分子量分布（如双峰、多峰分布）则用于调节材料性质、改善 加工性能等情况下的制备。分子分布则是指不同分子链端的单体 分布情况，例如，可控/不可控聚合等方式制备的高分子材料其分 子分布情况往往不同。 三、高分子材料的物理性质 高分子材料的物理性质主要由材料分子间的相互作用和分子结 构影响决定的。各种分子间相互作用方式包括范德华力、电性相 互作用、氢键等，其中电性相互作用对高分子材料的物理性质影 响最大。范德华相互作用力应用于体积相平衡和弹性模量的表征，
聚氨酯材料简介 第五组： 李春斌 杨琳燦 关凯 2014年4月7日
聚氨酯材料简介 摘要：聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等。本文从聚氨酯的微观结构开始入手分析，得出聚氨酯的主要性能，然后根据这些性能，列举了四个具体的聚氨酯材料的实际应用：鲨鱼皮泳衣、聚氨酯鞋底、聚氨酯涂料和聚氨酯胶黏剂。 关键字：聚氨酯；结构；性能；实际应用 聚氨酯是指分子结构中含有许多重复的氨基甲酸酯基团（）的一 类聚合物，全称为聚氨基甲酸酯，简称PU。聚氨酯根据其组成的不同，可制成线型分子的热塑性聚氨酯，也可制成体型分子的热固性聚氨酯。前者主要用于弹性体、涂料、胶黏剂、合成革等，后者主要用于制造各种软质、半硬质、硬质泡沫塑料。 聚氨酯于1937年由德国科学家首先研制成功，于1939年开始工业化生产。其制造方法是异氰酸酯和含活泼氢的化合物（如醇、胺、羧酸、水分等）反应，生成具有氨基甲酸酯基团的化合物。其中以异氰酸酯与多元醇反应为制造PU的基本反应，其反应式为： 反应属于逐步加成聚合，反应过程中没有小分子副产物生成。如异氰酸酯或多元醇之一有三个以上的官能团，则生成立体的网状结构。 一、合成聚氨酯的基本原料 合成聚氨酯的基本原料为异氰酸酯、多元醇、催化剂以及扩链剂等。 （1）异氰酸酯异氰酸酯一般含有两个或两个以上的异氰酸酯基，异氰酸酯基团很活泼，可以跟醇、胺、羧酸、水等发生反应。目前聚氨酯产品中主要使用的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二本基甲烷二异氰酸酯（MDI）和多亚甲基对苯多异氰酸酯（PAPI）。TDI主要用于软质泡沫塑料；MDI可用于半硬质、硬质泡沫塑料机胶黏剂等；PAPI由于含有三个官能度，可用于热固性的硬质泡沫塑料、混炼以及浇注制品。 （2）多元醇多元醇构成聚氨酯结构中的弹性部分，常用的有聚醚多元醇和聚酯多元醇。多元醇在聚氨酯中的含量决定聚氨酯树脂的软硬程度、柔顺性和刚性。聚醚多元醇为多元醇、多元胺或其他含有活泼氢的有机化合物与氧化烯烃开环聚合而成，具有弹性大、粘度低等优点。这类多元醇用的比较多，特别是应用于软质泡沫塑料和反应注射成型产品中。聚酯多元醇是以各种有机多元酸和多
聚氨酯弹性体的结构和性能特点 聚氨酯英文缩写为PU，是由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物的总称，聚氨酯PU根据应用不同填料，有CPU、TPU、MPU等简称。聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。其原材料可分为异氰酸酯类(如MDI和TDI)、多元醇类(如PO和PTMEG)和助剂类(如DMF)。 聚氨酯橡胶(UR)是由聚酯(或聚醚)与二异氰酸脂类化合物聚合而成的。它的化学结构比一般弹性聚合物复杂，除反复出现的氨基甲酸酯基团外，分子链中往往还含有酯基、醚基、芳香基等基团。UR分子主链由柔性链段和刚性链段镶嵌组成。柔性链段又称软链段，由低聚物多元醇(如聚酯、聚醚、聚丁二烯等)构成；刚性链段又称硬链段，由二异氰酸酯(如TDI、MDI等)与小分子扩链剂(如二元胺an-元醇等)的反应产物构成。软链段所占比例比硬链段多。软、硬链段的极性强弱不同，硬链段极性较强，容易聚集在一起，形成许多微区分布于软链段相中，称为微相分离结构，它的物理机械性能与微相分离程度有很大关系。UR分子主链之间由于存在由氢键的作用力，因而具有高强度高弹性。 聚氨酯橡胶具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧、耐辐射、耐化学药品性好及良好的导电性等优点，是一般橡胶所不能比的；耐磨性能是所有橡胶中最高的，实验室测定结果表明，UR的耐磨性是天然橡胶的3～5倍，实际应用中往往高达l0倍左右；在邵尔A60至邵尔A70硬度范围内强度高、弹性好；缓冲减震性好，室温下，UR减震元件能吸收10 ～20 振动能量，振动频率越高，能量吸收越大；耐油性和耐药品性良好，UR与非极性矿物油的亲和性较小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀，比通用橡胶好得多，可与丁腈橡胶媲美；耐低温、耐臭氧、抗辐射、电绝缘、粘接性能良好。缺点是在醇、酯、酮类及芳烃中的溶胀性较大；摩擦系数较高，一般在0．5以上。 聚氨酯弹性体的综合性能出众，任何其它橡胶和塑料都无与伦比。而且聚氨酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工，几乎能用高分子材料的任何一种常规工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、 纺丝和机械加工等。 聚氨酯弹性体的主要性能参数如下： 硬度：普通橡胶的硬度范围为邵尔A2O～邵尔A90，塑料的硬度范围约为邵尔A95~ lg尔D100，而聚氨酯弹性体的硬度范围低至邵尔A10，高至邵尔D80，并且不需要填料的帮助。尤其可贵的是弹性体在塑料硬度下仍具有良好
聚氨酯的结构 聚氨酯是一种重要的高分子材料，其结构由聚合物链和酯基组成。聚合物链由有机多元醇和有机多元酸通过酯交换反应形成，而酯基则是由酸与醇通过酯化反应形成。 聚氨酯的聚合物链是由有机多元醇和有机多元酸通过酯交换反应形成的。有机多元醇是一种含有多个醇基的有机化合物，能与有机多元酸反应生成酯键。有机多元酸是一种含有多个羧酸基的有机化合物，能与有机多元醇反应生成酯键。 聚氨酯的酯基是由酸与醇通过酯化反应形成的。酸是一种含有羧酸基的有机化合物，醇是一种含有醇基的有机化合物。酯化反应是一种酸催化的反应，通过酸与醇之间的酯化反应，生成酯键。 聚氨酯的结构中含有酯键，这种键是由酸与醇之间的酯化反应形成的。酯键是一种共价键，具有较强的化学稳定性和热稳定性。聚氨酯的酯键可以使其具有较好的力学性能和耐候性能。 聚氨酯的结构中还含有聚合物链，聚合物链是由有机多元醇和有机多元酸通过酯交换反应形成的。聚合物链的长度和分子量决定了聚氨酯的物理性质和化学性质。聚氨酯的聚合物链可以使其具有较高的强度和韧性。 聚氨酯的结构决定了其在工业和生活中的广泛应用。聚氨酯可以用
于制备各种塑料制品，如塑料薄膜、塑料板材和塑料泡沫等。聚氨酯还可以用于制备涂料、胶粘剂和弹性体等。此外，聚氨酯还可以用于制备纤维和皮革等。 聚氨酯的结构中的酯键和聚合物链的特性使其具有一些特殊的性质。聚氨酯具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性。聚氨酯还具有较好的弹性和可塑性，可以在一定的应力下发生形变而不会断裂。此外，聚氨酯还具有较好的绝缘性能和吸声性能。 聚氨酯是一种重要的高分子材料，其结构由聚合物链和酯基组成。聚氨酯的结构决定了其具有较好的力学性能、耐候性能和化学稳定性。聚氨酯在工业和生活中有着广泛的应用，可以用于制备各种塑料制品、涂料、胶粘剂和纤维等。聚氨酯的特殊性质使其成为一种重要的功能材料，对于推动经济社会的发展起到了重要的作用。
聚氨酯化学式结构式 聚氨酯（Polyurethane，简称PU）是一种重要的高分子材料，其化学式结构式为NH-(CH2)6-NH-CO-O-(CH2)4-O-CO-NH-(CH2)6-NH2。它由聚酯或聚醚与异氰酸酯反应得到，具有优良的物理性能和化学稳定性，广泛应用于塑料、涂料、粘合剂、弹性体等领域。 聚氨酯的化学式结构式表明，它由两个氨基端基团和多个聚酯或聚醚链段组成。氨基端基团可以与异氰酸酯发生反应，形成尿素键，将聚酯或聚醚链段连接在一起。聚氨酯的化学结构使得它具有很好的可调性和可控性，可以通过改变原料和反应条件来调节其性能。 聚氨酯的应用非常广泛。在塑料领域，聚氨酯可以根据需要制备硬质、弹性体和泡沫塑料等不同类型的产品。硬质聚氨酯具有较高的强度和刚性，常用于制造汽车零部件、家具、电器外壳等。弹性体聚氨酯具有优异的弹性和耐磨性，常用于制作密封件、橡胶辊等。泡沫聚氨酯具有轻质、隔热和吸音的特性，广泛应用于建筑、交通工具、家具等领域。 聚氨酯在涂料领域也有重要应用。由于聚氨酯具有良好的耐候性、耐化学品性和耐磨性，常用于制作高性能涂料。聚氨酯涂料可以形成坚固耐用的涂层，具有良好的附着力和耐腐蚀性，在船舶、桥梁、建筑物等重要场所得到广泛应用。 聚氨酯还可以作为粘合剂使用。聚氨酯胶水具有良好的粘接强度和
耐久性，可以用于木材、金属、塑料等材料的粘接。聚氨酯胶水在制作家具、鞋类、包装材料等方面有重要应用。 总的来说，聚氨酯是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用前景。其化学式结构式为NH-(CH2)6-NH-CO-O-(CH2)4-O-CO-NH-(CH2)6-NH2，通过改变原料和反应条件可以调节其性能，应用领域涵盖塑料、涂料、粘合剂等多个领域。聚氨酯的优良性能和多样化的应用使得它在工业生产中发挥着重要作用。
聚氨酯分子式 聚氨酯（Polyurethane，简写为PU）是一种多功能性高分子材料，它可以用作绝缘材料、填充材料、耐磨材料和各种类型的水性涂料。这种材料的优点是结构简单、易于加工，坚韧耐候性好，能够实现高性能，可以在复杂的内部结构环境中使用。综上所述，聚氨酯具有多种用途，也被广泛应用在各种领域中，因此，用户可以根据自己的需求来选择适合自己的聚氨酯产品。 聚氨酯的分子结构是由一系列官能基组成的，主要包括氨基基团、亚甲基基团和羧基基团。氨基基团是一种有机气体，它主要由氧原子（O）、氢原子(H)、氮原子(N)组成，又称为-NH2基团。亚甲基基团 是一种有机气体，它主要由一个氧原子、一个氢原子和一个气硝基组成，又称为-CH3基团。而羧基基团则是一种由氧原子、氢原子和碳 原子组成的有机气体，又称为-COOH基团。 聚氨酯的分子结构是一种由于聚酰胺链条的交叉连接而形成的 复杂结构。聚氨酯分子中有很多位置可以添加官能团，这些官能团包括氨基基团、亚甲基基团和羧基基团，以及其他各种官能团。这些官能团和聚酰胺链条的交叉连接是聚氨酯的核心构造，它决定了聚氨酯的各种物理和化学性能，如抗老化性能、柔韧性、抗拉强度、密度和热稳定性。 聚氨酯的分子结构还可以根据客户的需求来调整，以提高它的性能。除了上述三种官能团外，还有一些额外的官能团可以添加到聚氨酯中，如环氧化基团，可以提高聚氨酯的抗紫外线性能和抗老化性能；
硼基团，可以提高聚氨酯的抗拉强度和耐磨性；硅基团，可以提高聚氨酯的耐腐蚀性；锂基团，可以提高聚氨酯的柔韧性等。有了这些官能团，聚氨酯的性能可以大大提高，从而满足用户的不同需求。 聚氨酯是一种具有多种功能性的高分子材料，它的分子结构是由三种官能团组成的，这三种官能团是氨基基团、亚甲基基团和羧基基团。根据客户的需求，还可以添加一些额外的官能团，以提高聚氨酯的性能，从而满足用户的不同需求。聚氨酯的许多优点使其在许多领域受到广泛的应用，从而成为当今人们最受欢迎的材料之一。
聚氨酯溶解度参数 聚氨酯是一种重要的高分子材料，广泛应用于涂料、粘合剂、弹性体、硬泡塑料和纤维等领域。聚氨酯的性能与其溶解度参数密切相关，而溶解度参数是描述聚合物在不同溶剂中溶解性能的重要指标之一。本文将对聚氨酯的溶解度参数进行介绍，包括影响聚氨酯溶解度参数的因素、溶解度参数的测定方法以及不同溶剂对聚氨酯溶解度参数的影响等内容。 一、聚氨酯的溶解度参数及其影响因素 1. 聚氨酯的化学结构 聚氨酯的化学结构包括酯基、醚基和脲基等功能基团，这些功能基团的特性将影响聚氨酯与溶剂的相互作用，从而影响聚氨酯的溶解度参数。 2. 分子量和分子量分布 聚氨酯的分子量和分子量分布也会对其溶解度参数产生影响。通常情况下，分子量较小、分子量分布较窄的聚氨酯更容易在溶剂中溶解。 3. 溶剂的极性和亲和力 溶剂的极性和亲和力会对聚氨酯的溶解度产生显著影响。通常来说，与聚氨酯具有相似极性和功能团的溶剂更容易溶解聚氨酯。 4. 温度和压力 温度和压力也是影响聚氨酯溶解度参数的重要因素。在一定温度和压力下，聚氨酯在不同溶剂中的溶解度参数会发生变化。 二、聚氨酯溶解度参数的测定方法 1. 溶解度实验法 通过在实验室条件下，将聚氨酯样品投入不同溶剂中，观察其溶解情况，从而确定聚氨酯的溶解度参数。 2. 热分析法 利用热重分析、热熔法等热分析技术，通过测定聚氨酯在不同溶剂中的热分解温度和热分解性能，来间接确定聚氨酯的溶解度参数。 3. 光谱法
利用红外光谱、核磁共振光谱等光谱技术，通过测定聚氨酯与溶剂的相互作用和分子 结构的变化，来确定聚氨酯的溶解度参数。 三、不同溶剂对聚氨酯溶解度参数的影响 1. 有机溶剂 一般情况下，氨基甲酸酯类、酮类、醚类等极性有机溶剂对聚氨酯的溶解度较好，而 烃类、芳香烃类溶剂的溶解度较差。 2. 离子溶剂 含有离子的溶剂一般不适用于聚氨酯的溶解，因为它们往往会与聚氨酯发生化学反应，导致聚氨酯结构的破坏。 3. 混合溶剂 在工业实际应用中，通常会采用多种溶剂的混合物来溶解聚氨酯，以获得适合的性能 和应用要求。 聚氨酯的溶解度参数是影响其应用性能和加工工艺的重要因素之一，了解聚氨酯的溶 解度参数对于掌握其性能和提高其应用效果具有重要意义。希望本文能够为相关领域的科 研人员和工程技术人员提供一定的参考价值。
聚氨酯分子结构与性能的关系 聚氨酯由长链段原料与短链段原料聚合而成，是一种嵌段聚合物。一般长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。软段和硬段的种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。 聚氨酯的性能，归根结底受大分子链的形态结构所影响。特别是聚氨酯弹性体材料，软段和硬段的相分离对聚氨酯的性能至关重要，聚氨酯的独特的柔韧性和宽范的物性可用两相形态学来解释。聚氨酯材料的性能在很大程度上取决于软硬段的相结构基微相分离程度。适度的相分离有利于改善聚合物的性能。 从微观形态结构看，在聚氨酯中，强极性和刚性的氨基甲酸酯等基团由于内聚能大，分子间可形成氢键，聚集在一起形成硬段微相区，室温下这些微区呈玻璃态次晶和微晶；极性较弱的聚醚链段或聚酯等链段聚集在一起形成软段相区。软段和硬段虽然有一定的混溶，但硬段相区与软段相区具有热力学不相容性质，导致产生微观相分离，并且软段微区及硬段微区表现出各自的玻璃化温度。软段相区主要影响材料的弹性及低温性能。硬段之间的链段吸引力软段之间的链段吸引力，硬相不溶于软相中，而是分布其中，形成一种不连续的微相结构，常温下在软段中起物理交联点的作用，并起增强作用。故硬段对材料的力学性能，特别是拉伸强度、硬度和撕裂强度有重要影响。这就是聚氨酯弹性体中即使没有化学交联，常温下也能显示高强度、高弹性的原因。聚氨酯弹性体中能否发生微相分离、微相分离的程度、硬相在软相中分布的均匀性都直接影响弹性体的力学性能。 实际上，软段、硬段分子结构、分子量等因素也影响聚氨酯的相分离。例如，聚氧化丙烯型聚氨酯由于软段的极性与硬段相差大，相分离明显，溶解在软段中的硬段少，即软段中“交联点”少，也是强度比聚酯型聚氨酯差的原因之一。 SoR segment (polyol) Hard icghicnt (di永QOyaistC) er)^sktUising or mn-cryslidlising
聚氨酯结构与性能的相关性 聚氨酯（简称TPU是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等，广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。根据所用原料的不同，可有不同性质的产品，一般为聚酯型和聚醚型两类。可用于制造塑料、橡胶、纤维、硬质和软质泡沫塑料、胶粘剂和涂料等。 聚氨酯由长链段原料与短链段原料聚合而成，是一种嵌段聚合物。一般长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。软段和硬段种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。 软段对性能的影响 聚醚、聚酯等低聚物多元醇组成软段。软段在聚氨酯中占大部分，不同的低 聚物多元醇与二异氰酸酯制备的聚氨酯性能各不相同。 极性强的聚酯作软段得到的聚氨酯弹性体及泡沫的力学性能较好。因为，聚酯制成的聚氨酯含极性大的酯基，这种聚氨酯内部不仅硬段间能够形成氢键，而且软段上的极性基团也能部分地与硬段上的极性基团形成氢键，使硬相能更均匀 地分布于软相中，起到弹性交联点的作用。在室温下某些聚酯可形成软段结晶，影响聚氨酯的性能。聚酯型聚氨酯的强度、耐油性、热氧化稳定性比PPG聚®型的高，但耐水解性能比聚醚型的差。聚四氢呋喃（PTME）型聚氨酯，由于PTME G规整结构，易形成结晶，强度与聚酯型的不相上下。一般来说，聚醚型聚氨酯，由于软段的醚基较易旋转，具有较好的柔顺性，优越的低温性能，并且聚醚中不 存在相对易于水解的酯基，其耐水解性比聚醚型好。聚醚软段的醚键的a碳容 易被氧化，形成过氧化物自由基，产生一系列的氧化降解反应。以聚丁二烯为软段的聚氨酯，软段极性弱，软硬段间相容性差，弹性体强度较差。含侧链的软段，由于位阻作用，氢键弱，结晶性差，强度比相同软段主链的无侧基聚氨酯差。 软段的分子量对聚氨酯的力学性能有影响，一般来说，假定聚氨酯分子量相同，其
聚氨酯化学微相分离对性能的影响 聚氨酯弹性体是一类重要的热塑性弹性体,微相分离结构对其性能有显著影响。聚氨酯弹性体作为一类高性能的热塑性弹性体，可以通过调节其化学组成而获得各种优异的性能，如良好的强度、硬度、耐磨性和抗挠曲性，因而广泛用于军事及国民经济的各个领域。聚氨酯弹性体的分子链一般由两部分组成。Bonart 首先采用”软段”与“硬段”描述其结构。在常温下，一部分处于高弹态，称为软段；另一部分处于玻璃态或结晶态，称为硬段。软段一般为端羟基的聚醚、聚酯、聚烯烃和聚硅氧烷等．硬段一般由扩链剂和异氰酸酯形成聚氨基甲酸酯或聚脲。 聚氨醋弹性体的力学性能在很大程度上影响其使用性能，而其力学性能又取决于分子链的结构，因而与聚氨酯分子链中软段的运动、软段与硬段的混合程度及微相分离结构是密切相关的。Cooper 在研究多嵌段聚氨酯时，首先提出了聚氨醋具有微相分离的本体结构。由于软段与硬段之间的热力学不相容性，软段及硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，并且表现出各自的玻璃化温度。聚氨酯弹性体发生微相分离后，硬段微区分布于软段相中起着物理交联点的作用，因而可以显著提高聚氨酯弹性体的力学性能。 1微相分离的影响因素 聚氨酯弹性体微相分离的驱动力是由于软、硬段之间的热力学不相容性．而热力学相容性与软、硬段的结构特点是密切相关的。影响微相分离的因素主要有扩链剂、硬段及其含量、氢键、嵌段的极性、长度、结晶性、 软段分子量及其分布、热处理、拉伸及制备方法等。
1．1 扩链剂 常用的扩链剂有二胺扩链剂和二醇扩链剂．与异氰酸酯反应后分别形成氨酯键硬段和脲键硬段。由于脲键硬段与聚醚软段之间溶解度参数的差异要大于氨酯键硬段与聚醚软段，因此聚脲硬段与聚醚软段有更大的热力学不相容性，因而阻止了软、硬段之间的混合; 而且由于脲键增强了硬段之间的相互作用，使得聚氨酯脲比聚氨酯有更好的微相分离。扩链剂的不同不仅决定了硬段的类型，也影响其高温性能。即使同一类扩链剂，其结构不同，对弹性体性能的影响也是不同的。 1．2 硬段及其长度、含量 聚氨酯弹性体的硬段通常由二异氰酸酯和二醇或二胺扩链剂组成，硬段使弹性体具有较高的模量。改变硬段含量，嵌段聚氨酯可以从柔软的橡胶转变为高模量的硬塑料。硬段含量通常用二异氰酸酯与扩链剂的质量分数来表示。对于聚醚聚氨酯，随着硬段含量增加极性基团增多，硬段分子问作用力 增大，微相分离程度提高。同时，硬段微区逐渐形成结晶，并且结晶度随硬段含量增加而逐渐提高。对于聚脲，由于软段与硬段之间更大的热力学不相 容性，所以与聚氨酯相比有更好的微相分离，更强的物理交联作用和填料增 强效应。在硬段含量为20%〜40%之间，硬段的填料效应很明显，且随着硬段含量增加，填料的有效体积分数增力口，模量显著增力口。硬段含量在50%〜70% 范围内，平台模量提高不大。这是由于硬段含量超过50% 后，体系发生了相转化，生成连续的硬段相。因此硬段含量增加，无明显的填料效率。从热力学角度分析，增加硬段长度有利于微相分离。但由于硬段长度具有多分散性．因此微相分离的好坏及微区有序性还与硬段的长度分布有关。 1．3 氢键
聚氨酯的化学原理 聚氨酯是一种由多元醇和异氰酸酯反应生成的的高分子材料。它的化学原理主要基于“链增长”和“异氰酸酯反应”。 一、链增长 在聚氨酯的合成过程中，多元醇和异氰酸酯首先进行初级反应，生成氨酯基团。这些氨酯基团具有高度的活泼性，能够与其它异氰酸酯再次发生反应，形成更长的分子链。这个过程可以多次重复，使分子链不断增长。分子链的增长使得聚氨酯的分子量变大，最终形成具有所需性能的高分子材料。 二、异氰酸酯反应 异氰酸酯是一种具有高度反应性的化合物，可以与多元醇、胺、水等许多物质发生反应。在聚氨酯的合成中，异氰酸酯与多元醇反应生成氨酯基团，然后这些氨酯基团再与其它异氰酸酯反应，使分子链增长。除了生成氨酯基团外，异氰酸酯还可以与胺或水反应生成脲基或氨基甲酸酯基团，这些基团也可以作为聚合反应的活性中心，进一步增长分子链。
三、交联反应 在某些情况下，聚氨酯的分子链之间也可以发生交联反应，形成三维网络结构。这种交联反应通常需要在催化剂的存在下，通过加热或加压实现。交联反应可以提高聚氨酯的硬度、强度和耐热性能。 四、发泡反应 聚氨酯常被用于制备泡沫材料，这得益于其发泡反应。在发泡过程中，化学发泡剂分解产生气体（如二氧化碳或氮气），这些气体在聚氨酯基体中形成气泡。随着气泡的形成和长大，聚氨酯体积增大，形成泡沫材料。这种发泡反应可以用于制备轻质、隔热性能好的材料。 总的来说，聚氨酯的化学原理是基于多元醇和异氰酸酯的链增长和交联反应，通过控制这些反应，可以合成出具有各种优异性能的聚氨酯材料。从简单的弹性体到复杂的泡沫材料，聚氨酯的化学原理都被广泛应用和发挥。 聚氨酯的化学原理 聚氨酯是一种由多元醇和异氰酸酯反应生成的的高分子材料。它的化学原理主要基于“链增长”和“异氰酸酯反应”。 一、链增长