聚氨酯材料合成研究+实验(5)
当二醇过量时，生成端羟基线性聚氨酯：
n OCN-R-NCO + (n+1) HO-R'-OH HO-[-R'O-C-NHRNHC-O-]n-
\O /O
在合成 MPU 生胶和全热塑性 TPU 时，通常采用一步法，并在配方设计上使
二醇稍稍过量，以生成贮存稳定的端羟基聚氨酯。
当二异氰酸酯过量时，在适宜的条件下可生成端异氰酸酯基的线型聚氨酯：
(n+1) OCN-R-NCO + n HO-R'-OH OCN-[-R-NHC-O-R'-O-C-NH-]2-R-NCO
在合成 CPU 时，通常采用二步法，并使二异氰酸酯过量，先合成端-NCO
基预聚物，然后再与二胺或多元醇反应，成型制品。
多异氰酸酯与多元醇的反应，在无催化剂场合下，需要在 70~120℃的温度
下完成。一般来说，若其中一个组份显著过量时，可采用 70~90℃反应，如合成
CPU 预聚物。若异氰酸酯与多元醇的量比（即异氰酸酯指数）接近 1 时，反应
后期的温度要提高到 100~120℃，使-NCO基反应完全，以生成贮存稳定的产品，
MPU生胶和TPU 就是这种情况。2.2 合成方法
聚氨酯弹性体按其合成工艺过程可分为一步法和两步法。后者又称作预聚物
法，且还可细分为预聚物法和半预聚物法。
2.2.1 预聚物法
预聚物法是先将低聚物多元醇和二异氰酸酯在一定条件下合成预聚物。然后
再将预聚物和扩链剂混合浇筑而成型的方法。TDI 型 CPU 弹性体制品大都采用
此法生产。采用预聚物法工艺可得到结构比较规整的 PU 弹性体。
2.2.2 半预聚物法
在制备预聚物时，如果异氰酸酯指数（NCO/OH）大于 2，就会有多余的异
氰酸酯存在于预聚物中。如果 NCO/OH＞2，得到的实物实际上是端异氰酸酯物
和异氰酸酯的混合物。这种混合物称之为半预聚物。半预聚物法常用于 MDI 型
CPU 弹性体制品的生产，这是因为 MDI 预聚物的粘度较大，常用的扩链剂 1,4-
丁二醇等小二醇分子量小，配合量很少，计量和配比难以准确，且不易混合均匀。
为克服这些弊端，在合成预聚物时少加部分低聚物多元醇，先生成半预聚物，使
其粘度降低。然后在第二步扩链反应时把未加的那部分低聚物多元醇和小二醇扩
链剂一起与半预聚物反应。这样，两个组份的体积比较接近，物料的粘度也比较
低，便可大大提高计量和配比的准确性，改善混合效果。另一方面，MDI 的蒸
汽压低，不易挥发，存在于半预聚物中也不会对环境造成多大危害。而 TDI 的
蒸汽压高，易挥发，危害人体健康。所以一般不配制成半预聚物。TDI型预聚物
的粘度较小，而且常用 MOCA 等芳胺扩链剂，分子量和配合量比 1,4-丁二醇大
得多，计量和混合效果比较好。
2.2.3 一步法
一步法是将低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂，常常还加入催化剂等原料
一次混合、浇筑反应成型的方法。一步法工艺主要用于低模量的 CPU 弹性体的
生产。
2.3 实验原料
2.3.1 低聚物多元醇
聚氨酯用的低聚物多元醇平均官能度较低，通常为 2或2~3。相对分子质量