聚氨酯彈性體是聚氨酯合成材料中的一個品種，由于其結(jié)構(gòu)具有軟、硬兩個鏈段，可以對其進(jìn)行分子設(shè)計而賦予材料高強(qiáng)度、韌性好、耐磨、耐油等優(yōu)異性能，它既具有橡膠的高彈性又具有塑料的剛性，被稱之為“耐磨橡膠”。由于其極其優(yōu)異的性能而廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、礦山開采、航空航天、電子、醫(yī)療器械、體育制品等多個領(lǐng)域，成為極具發(fā)展前景的合成材料制品。
生產(chǎn)與應(yīng)用
聚氨酯彈性體通常由聚醚/聚酯多元醇、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、交聯(lián)劑及少量助劑制得。聚醚/聚酯多元醇主要有聚四亞甲基已二酸酯二醇、聚ε-已內(nèi)酯二醇、聚六亞甲基碳酸酯二醇、聚氧化丙烯醚二醇、四氫呋喃均聚醚二醇等。二異氰酸酯類有二苯基甲烷二異氰酸酯、亞甲基-雙（4-環(huán)已基異氰酸酯）、對苯基二異氰酸酯、1,5-二萘二異氰酸酯、對苯基二甲基二異氰酸酯等。擴(kuò)鏈劑一般選擇1,4-丁二醇、1,4-環(huán)已烷二甲醇、對苯基二甲基二醇等。其合成可以采用本體聚合或者溶液聚合的方式進(jìn)行合成。本體聚合適合大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但是設(shè)備投資高、操作復(fù)雜；溶液聚合易控制、產(chǎn)品性能優(yōu)異，但是對溶劑要求嚴(yán)格，需要防止溶劑揮發(fā)及處理和回收。工業(yè)上通常采用雙螺桿連續(xù)反應(yīng)和擠出設(shè)備生產(chǎn)出各種牌號的顆粒產(chǎn)品，市場上銷售的品種按其結(jié)構(gòu)分為兩大類，一是以美國固特里奇公司生產(chǎn)的Estane為代表，是沒有交聯(lián)鍵的完全熱塑性聚合物，其顆粒貯存穩(wěn)定性好，成型時也十分穩(wěn)定、固化后機(jī)械性能優(yōu)異，但是軟制品壓縮永久變形比較大，耐化學(xué)藥品性稍差；二是以美國Mobay公司的產(chǎn)品Texin為代表，成型后生成少量的交聯(lián)鍵，其顆粒中存在少量的異氰酸基，因此運輸貯存避免接觸水分，其壓縮變形小，耐化學(xué)藥品性比較好。另外也有相對產(chǎn)品采用注射成型的加工工藝制備。
聚氨酯彈性體全球消費量逐年快速上升，2000年全球消費量為12萬t左右，2003年全球消費量增加到19萬t左右，國外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測未來幾年內(nèi)全球?qū)⒈３?%~8%的速度增長，其中汽車業(yè)和制鞋業(yè)是聚氨酯彈性體主要消費市場，也是消費增長最快的兩大領(lǐng)域。國際上聚氨酯彈性體主要生產(chǎn)廠家為：美國固特里奇公司、Mobay公司、陶氏化學(xué)、亨斯曼公司，德國拜耳公司，日本的旭硝子公司、協(xié)和發(fā)酵、NOK公司等。其中拜耳公司和亨斯曼公司以制鞋料為主，而陶氏化學(xué)、旭硝子公司、NOK和協(xié)和發(fā)酵則以汽車機(jī)械部件為主。目前這些主要生產(chǎn)公司不斷推出新品種向周圍領(lǐng)域擴(kuò)張。
由于聚氨酯彈性體生產(chǎn)過程不需要硫化反應(yīng)，可以縮短生產(chǎn)周期，邊角料和廢棄的聚氨酯彈性體可以回收加工利用，同時還可以與其他熱塑性塑料如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）等共混以改善物性、加工性能及降低成本。加上我國目前已成為世界制鞋業(yè)生產(chǎn)基地，以及近年來國內(nèi)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，因此我國成為亞洲聚氨酯彈性體主要消費國。最早我國由山西太原化工研究所成功開發(fā)出聚氨酯彈性體產(chǎn)品并有商品問世，隨后天津、江蘇、福建、浙江等地引進(jìn)了多套聚氨酯彈性體生產(chǎn)線，主要以進(jìn)口聚四亞甲基醚二醇來生產(chǎn)聚氨酯彈性體，生產(chǎn)密封墊、密封橡膠等。另外國內(nèi)多條 聚氨酯彈性體生產(chǎn)線正在建設(shè)投產(chǎn)或計劃建設(shè)之中，2003年國內(nèi)聚氨酯彈性體的生產(chǎn)能力約為1.3萬t/a，隨著我國上海漕涇、寧波大榭島等大型聚氨酯生產(chǎn)基地即將建成，也必將推動我國聚氨酯彈性體生產(chǎn)與發(fā)展。
聚氨酯彈性體既有橡膠的高彈性又具有塑料剛性，而且加工方式多種多樣，決定了聚氨酯彈性體具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
汽車工業(yè)，聚氨酯彈性體用于生產(chǎn)導(dǎo)向套、軸封、軸承、變速桿連接護(hù)套、墊圈、墊片、密封墊、門窗封條、液壓管、椅背拉手等。以玻璃纖維增強(qiáng)的可提高剛性和沖擊性的增強(qiáng)型聚氨酯彈性體，可以制作汽車保險杠等大型部件。特別是在聚氨酯彈性體中加入反應(yīng)性成分，在熱塑成型之后通過“熟成”而形成不完全I(xiàn)PN（聚氨酯-丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物），大大增加了聚氨酯彈性體的物理機(jī)械性能，此外聚氨酯彈性體/PC共混型合金等都大大提高了汽車保險杠的安全性能。
制鞋業(yè)，目前全球制鞋業(yè)消費占聚氨酯彈性體總消費量的1/4左右，在旅游鞋、運動鞋及運動制品中應(yīng)用較多。近年來開發(fā)出許多易加工新品種，如適于雙色成型、能增加透明性、高流動、高回收和可提高加工生產(chǎn)效率的聚氨酯彈性體，擴(kuò)大了制鞋領(lǐng)域。
其他領(lǐng)域，聚氨酯彈性體特別適合制造海洋漂浮電纜的護(hù)套；在石油化工領(lǐng)域用作潤滑油、油類和溶劑等產(chǎn)品包裝容器；在航空航天領(lǐng)域可用于制作燃料缸、軟油箱、氣象探測氣球等；在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，可利用其良好生物相容性和血液相容性制作醫(yī)用導(dǎo)管、薄膜、片材、異型件等；另外用其制備的透明膠管可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、食品輸送等領(lǐng)域。
發(fā)展趨勢
由于聚氨酯彈性體的優(yōu)異性能和廣泛用途，國內(nèi)外對聚氨酯彈性體研究方興未艾，不斷通過技術(shù)手段提高聚氨酯彈性體加工與應(yīng)用性能。近年來國內(nèi)外開發(fā)出多種聚氨酯彈性體新品種，其中最有發(fā)展?jié)摿Φ钠贩N有：
高熱穩(wěn)定性聚氨酯彈性體。國內(nèi)黎明化工研究院等單位針對聚氨酯彈性體耐高溫性能差和易水解等缺點，通過提高彈性體分子交聯(lián)密度、提高微相分離程度和選擇異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑等原料改善聚氨酯彈性體的性能，此外還通過加入抗氧劑、熱穩(wěn)定劑和一些填料來有效提高聚氨酯彈性體熱穩(wěn)定性能。
抗靜電聚氨酯彈性體。許多應(yīng)用領(lǐng)域尤其是一些新開發(fā)的電子、醫(yī)療、汽車、包裝等行業(yè)對抗靜電要求較高，因此抗靜電聚氨酯彈性體開發(fā)成為重要發(fā)展方向。國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)采用添加陽離子抗靜電劑，填充炭黑、金屬材料、金屬纖維，與親水性聚合物或本征導(dǎo)電高分子的共混物等手段制備抗靜電的聚氨酯彈性體。
生物降解聚氨酯彈性體。技術(shù)人員利用生物資源的天然結(jié)構(gòu)及特性，生產(chǎn)像木材那樣能被微生物分解的聚氨酯彈性體制品。目前日本的一些公司將木粉、蔗糖及廢棄的咖啡等天然原料混合于聚合物多元醇中制備聚氨酯彈性體，既能減少多元醇的用量，降低生產(chǎn)成本，又賦予制品生物分解性，國外已有一定數(shù)量商品問世。
高阻尼聚氨酯彈性體。美國EAR特種復(fù)合材料公司生產(chǎn)的高性能阻尼聚氨酯彈性體，用途廣泛，制成的膠墊、密封件、套環(huán)、緩沖件、軸封等具有很好阻尼作用。特別是在各種精密設(shè)備、醫(yī)療器械及日用品、辦公用品和電子計算機(jī)中，該材料在惡劣的外部環(huán)境中能夠長期使用，不僅阻尼性能好、而且機(jī)械強(qiáng)度高、回彈率高、尺寸穩(wěn)定性好、耐多種溶劑及臭氧、紫外線等。尤其是在汽車行業(yè)應(yīng)用廣泛，目前已引起國內(nèi)業(yè)界的高度重視。
液晶聚氨酯彈性體。近年來液晶聚氨酯彈性體研究比較活躍，主要集中在原料的選擇、工藝路線的優(yōu)化和物性改善等方面。液晶聚氨酯是由剛性致介基因和柔性間隔基團(tuán)連接而成，是一種在熔體狀態(tài)下具有液晶性能的聚氨酯彈性體，該材料具有良好的機(jī)械、熱穩(wěn)定、高彈性、高延伸性能和加工性能。液晶聚氨酯彈性體的合成可以采取一步或兩步聚合的方法，加工成型工藝多樣，擠出、注射、模塑和涂覆均可。
改性聚氨酯彈性體。合成材料共混改性成為目前高分子化合物研究與發(fā)展重點之一，聚氨酯彈性體可以與PVC、PV、PE、ABS等多種合成樹脂進(jìn)行共混改性，以降低生產(chǎn)成本和提高物理和加工性能。國外還開發(fā)出不同原料的聚氨酯彈性體，如以1,4-亞苯基二異氰酸酯為原料合成的聚氨酯彈性體，具有突出的動態(tài)力學(xué)性能，回彈性好，而且具有非常好的撓曲性。目前國外一些公司已經(jīng)開發(fā)出商品化的以1,4-亞苯基二異氰酸酯為原料的聚酯聚醚預(yù)聚體，應(yīng)用和市場前景均十分看好。
形狀記憶聚氨酯彈性體。形狀記憶聚氨酯彈性體是一種新型形狀記憶材料，形狀記憶聚氨酯彈性體具有價格低、易成型加工、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，且原料來源廣、配方可自由調(diào)整、性能選擇范圍寬、能滿足不同場合的要求。國外多家公司實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，我國南京大學(xué)表面和界面化學(xué)工程技術(shù)研究中心已成功研制出形狀記憶溫度為37℃的體溫形狀記憶聚氨酯彈性體。該類聚氨酯彈性體在工程、建筑、日常生活及醫(yī)療等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。其與普通聚氨酯彈性體一樣可以采用澆鑄法直接制得制品，也可以采用雙螺桿擠出機(jī)，先制成顆粒狀，再經(jīng)注射成型等加工方法制成成品。
