第五节　聚氨酯

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是大分子链上含有-NHCOO-重复单元的聚合物的统称。它们是由羟基化合物和异氰酸酯以及少量的扩链剂通过缩聚反应聚合而成的。合成聚氨酯的主要原料是低聚物多元醇、多异氰酸酯以及低分子量的二元胺或二元醇扩链剂。

最常用的低聚物多元醇是线性、双官能团、平均分子量为600～3000的端羟基低聚物，有聚酯型多元醇和聚醚型多元醇两种，前者由多元醇与二元羧酸反应而成，后者一般可以通过环氧烷类化合物的开环聚合或与多元醇的加成聚合反应制得。多异氰酸酯一般含有两个或两个以上高度不饱和的、化学反应性很强的异氰酸酯基（-N=C=O），异氰酸酯基可以与醇、酸、胺、脲、酰胺、水等类物质中的活泼氢发生加成反应。其中二异氰酸酯与二元醇反应制得的聚氨酯为线型结构，其结构通式可表示为：

这里的异氰酸酯基-N=C=O与—OH发生加成反应。若由二异氰酸酯与多元醇或多异氰酸酯与二元醇反应则制得体型结构的聚氨酯。聚氨酯是由柔性链段（软段）和刚性链段（硬段）交替组成的嵌段共聚物。组成软段的低聚物多元醇，虽然增加其含量可提高聚氨酯的柔软性，但是研究表明，低聚物多元醇相对分子质量的差异可使聚氨酯具有不同的柔软性，会显著影响加工织物的手感和风格。例如，当其相对分子质量为2000～2500时，产品柔软，相对分子质量为700～2000时中软，相对分子质量为400～700时硬。硬段主要由二异氰酸酯和扩链剂组成，其含量对黏着性、手感、耐洗性等都有重要影响。

聚氨酯按其产品形态可分为溶剂型和水系聚氨酯两大类。溶剂型聚氨酯含固量不高，所用溶剂多为混合物，如DMF和甲苯或丁酮的混合物等。就应用性而言，其黏合性和耐水性较水系聚氨酯强，但由于存在成本高、溶剂有毒、环境危害大等问题，应用面窄，主要用作织物涂层整理剂。溶剂型聚氨酯又有双组分和单组分之分。前者在应用时除使用聚氨酯预聚体外，尚需加入多异氰酸酯交联剂。水系聚氨酯的形态对其流动性、成膜性及加工织物的性能有重要影响，一般分为水溶型、乳液型和水分散型三种类型。纺织工业中以前两类产品较为常用。水系聚氨酯又有反应性和非反应性之分。虽然它们的共同特点是分子结构中都含有异氰酸酯基，但是前者是用封闭剂暂时将异氰酸酯基封闭，在纤维加工中可以解封闭，相互交联形成三维网状结构固着在织物上。乳液型水系聚氨酯按其乳化体系又可分为外乳化型和自乳化型。前者系将疏水性聚氨酯用乳化剂强制乳化而成。后者又称内乳化型，在合成时不必外加乳化剂，而是采用称为内乳化剂的亲水性单体，在合成时内乳化剂赋予聚氨酯若干亲水基团，使其自行乳化形成水系产品。水系聚氨酯由于成本低，应用方便，所以在染整工业中得到广泛使用。

染整加工中水系聚氨酯因其具有较好的成膜性、黏附性而用作涂料染色黏合剂、涂料印花黏合剂、特种印花黏合剂。此外聚氨酯对天然纤维织物和合成纤维织物的诸项性能，如手感丰满度、抗皱性、抗起球性等都有不同程度的调节和改善作用，因此广泛用作织物后整理剂，如柔软剂、防皱整理剂、防水透湿涂层整理剂、抗静电剂、仿麻整理剂、仿麂皮整理剂等。