PU——聚氨基甲酸酯

　　定义

　　PU是Polyurethane的缩写，中文名为聚氨基甲酸酯简称聚氨酯。由于，只需要简单修改配方，便可获得不同的密度、弹性、刚性等物理性能。目前，已大量替代玻璃纤维保温材料、木材、传统橡胶制品等。PU是一种人造的合成材料，具有真皮的质感，非常结实耐用，而且价格低廉。

　　PU皮与人造皮革的不同

　　人造革是最早发明用于皮质面料的代用品，它是用PVC加增塑剂和其他的助剂压延复合在布上制成，优点是价格便宜、色彩丰富、花纹繁多，缺点是容易变硬、变脆。PU合成革是用于代替PVC人造革，它的价格比PVC人造革要高。从化学结构来说，它更接近皮质面料，它不用增塑剂来达到柔软的性质，所以他不会变硬、变脆，同时具有色彩丰富、花纹繁多的优点，价格又比皮质面料便宜，所以受到消费者的欢迎。

　　皮质面料和PVC人造革、PU合成革用两种方法来区别：一是用面料的背面区别，方法是PVC人造革、PU合成革一般背面是布基(或针织布基)用眼就能看出来了;二是用燃烧融化的方法来区别，方法是取一小块面料放在火上，皮质面料的不会融化，而PVC人造革、PU合成革会融化。

　　PVC人造革、PU合成革的区别可以用汽油浸泡的方法区别，方法是用一小块面料，放在汽油中半个小时，然后取出，如果是PVC人造革，则会变硬、变脆，如果是PU合成革，则不会变硬、变脆。

　　PU基本性质

　　被广泛运用于：

　　建筑墙外保温材料墙内保温喷涂保温材料

　　冰箱集装箱冷柜保温

　　PU高仿花卉

　　纸张印刷

　　缆绳化纤

　　高速路面

　　家庭装潢(墙角线条，复古背景墙)

　　家具(仿木桌椅)

　　发泡填充剂

　　航天、汽车工业(隔音密封条)

　　高档体育用品器材(例：拳击手套内胆，台拳道护脚，柔道垫子等)

　　人工合成PU皮革

　　制鞋工业

　　通用涂料

　　特种防护涂料

　　粘合剂等

　　中心静脉导管(医疗耗材)

　　发现与使用

　　1849年德国化学家沃尔茨(Wurze)用烷基硫酸盐与氰酸钾进行复分解反应合成了烷基异氰酸酯。接着化学家霍夫曼(A.W.Hoffmann)在1850年成功合成了苯异氰酸酯。后来亨切尔(Hentschel)等人在1884年合成了异氰酸酯。

　　在当时异氰酸酯并没有找到什么利用价值，也根本没有运用于高分子化学合成。直至德国化学家拜耳(Bayer)和当时实验室的同事进行了反复研究，发现异氰酸酯可合成聚氨酯和聚脲化合物，可是实用性依然不大。1933年，美国杜邦公司的卡罗瑟斯(W.H.Carothers)发明了“尼龙'，刺激了德国。当时德国想尽快发明一种能与其抗衡的产品。这也加速了那时的拜耳对聚氨酯的研发工作，他们发现链状的聚氨酯具有热塑性、可纺性，能制成塑料和纤维。当时，商品名为Igamid U 和 Perlon U。

　　性质

　　原子化焓：kJ /mol at 25℃

　　360

　　导热系数：W/(m·K)

　　0.027

　　汽化热:(千焦/摩尔)

　　344.0

　　导电性：10^6/(cm ·Ω )

　　0.00666

　　熔化热:(千焦/摩尔)

　　2.840

　　热容：J /(mol· K)

　　35.5

　　密度：g/cm³

　　1.25

　　应用

　　聚氨酯也称超纤皮，质量优于PVC(俗称西皮)。现在服装厂家广泛用此种材料生产服装，俗称仿皮服装. 另外好的包包多采用进口PU皮;

　　PU配皮是一种其反面是牛皮的第二层皮料，在表面涂上一层PU树脂，所以也称贴膜牛皮。其价格较便宜，利用率高。其随工艺的变化也制成各种档次的品种，如进口二层牛皮，因工艺独特，质量稳定，品种新颖等特点，为目前的高档皮革，价格与档次都不亚于头层真皮。

　　PU皮与真皮包各有特点，PU皮包外观漂亮，好打理，价格较低;真皮价格昂贵，打理麻烦，耐用。

　　另外，目前很多钢结构厂房，冷库等工业用厂房均采用聚氨酯材料发泡而成的隔热夹芯板，添加阻燃剂的聚氨酯复合板材就有良好的隔热保温，和阻燃效果。此外聚氨酯材料也大量运用于建筑外墙保温材料

　　提高PU的耐热性能的方法

　　1：单体或者低聚物

　　PU耐热性，主要取决于软段。

　　从异氰酸酯角度来看，发展高耐热性的单体目前几乎没有什么可能，即使是现有的大批量生产的异氰酸酯，我国都没有做全，做好，发展一个新的异氰酸酯难度可想 而知。即使异氰酸酯耐热性提高，多元醇的耐热性依然需要跟上去。因此只能从多元醇或者胺考虑。现有的聚醚或者聚酯多元醇，其耐热性很难有根本性的提高，纵 观其它低聚物，有机硅和有机氟是可以考虑的对象，全氟醇很难做，而嵌段需要的结构更是难见到，比较现实的就是有机硅。

　　普通的羟基硅油就是典型的多元醇结构，特别是二甲基硅油，价格便宜，品种多样，耐热到200度问题不大，只可惜它徒有那两个羟基，它除了和同门兄弟缩合所 得到产品稳定外，和其它单体，比如异氰酸酯是得不到稳定聚合物的。这样的羟基，是硅羟基，结构：Si-OH，在有机硅行业就简称羟基。实际上，羟基硅油与 异氰酸酯反应将产生水，产生水的后果。。。

　　要获得稳定的聚合物，必须是烃羟基硅油，即需要Si-Cn-OH，n>=3的结构，当然，这样结构的硅醚多元醇成本比普通硅油高的多。即使成本高， 它还是物有所值：不但提高耐热性，也提高柔软性，耐水(特别是耐湿摩擦)性，隔离性，耐干磨。只要加入适量，成本是可以接受的。

　　2：纳米材料在PU上的应用

　　纳米粉体的制备，已经不是悬念，许多品种已经是工业化大批量，万吨级了。比如纳米碳酸钙，纳米氧化硅。在PU领域，问题是它们的分散很不容易，但除此之 外，粉体与传统PU相互之间的作用也是必须的。良好的分散不代表纳米粉体的优势能够充分展现，还需要某种“结合”。要不然，相同粒径的纳米碳酸钙和纳米氧 化硅补强的材料性能就不会差距那么大吧。要做到良好的分散还要能够和PU有某种相互作用，当然最好是化学键，纳米粉体的表面必须符合PU的要求。即：所谓 纳米粉体表面改性。理想的改性是：和PU亲和，表面有可反应基团，改性后不能导致纳米粉体的粒径增加。

　　做到这些可不容易，比如说，对氧化硅，人们普遍使用偶联剂，但对于纳米氧化硅，其改性结果将导致氧化硅的交联，成为微米级的颗粒，因为硅偶联剂水解后虽然可以和氧化硅表面的羟基结合，但它本身也会聚合成体型结构，因此必须要特殊的改性剂、改性方法。

　　纳米硅球，表面具有羟基(当然是烃羟基)或者氨基，这是很好的PU用交联剂，同时还是纳米填料，当然也可以做成亲PU但惰性的表面

　　对于普通的PU，这样的改性硅球，同样可以大幅度的提高其耐温性、耐磨、耐水等等。

　　根据需要，纳米硅球还可以将其活性基团封闭以满足单组分或者其它特殊要求。