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聚氨酯生產配方
1、配方的設計與計算
1.1、設計參數
TPU具有典型的嵌段結構，即在大分子中含有軟段與硬段結構。由于TPU中基本沒有交聯結構，其強度主要來自分子內的共價鍵力及大分子之間的范德華力與氫鍵。大分子中軟段與硬段的結構、比例、形成氫鍵的能力以及結晶性能，決定了TPU的彈性、強度、伸長率以及耐水性、耐磨性能、高低溫性能等所有特性。生產配方的確定，須***滿足TPU的性能要求。
在設計配方時，需首先根據性能要求選定主要原料，如強度與耐磨性要求高而耐水性要求一般時，可選聚酯；彈性與低溫性能要求高時，應選PTMEG；耐水性與電絕緣性要求高時，可選擇聚丁二烯多元醇；強度、耐磨性、耐水性要求都高且成本限制不嚴時，可選用聚碳酸酯多元醇；等等。
在確定了主要原料后，還需確定有關參數。在TPU配方設計過程中，通常以R值（NCO/OH）與硬段含量（Ch）作為參數，并以大分子二元醇的量為100作為基數來進行配方的計算。
1.1.1 R值的確定
在TPU中，一般情況下R控制在0.95～1.05，大多數在0.98～1.02之間。當R＜1時，TPU為純線性結構，是熱塑型產品；R＞1時，除生產線性TPU外，還有部分支化甚至交聯結構，為半熱塑型產品。純線性結構的TPU可熔可溶，既可以熔融加工如擠出、壓延、注塑、吹塑，也可以溶液加工如制成涂料、膠粘劑、漿料等。而半熱塑型TPU則可熔，但不全溶，只能熔融加工，不能溶液加工。因此，在設計配方時，應根據產品的性能要求選擇適宜的R值。
此外R值對產品的分子量也有直接的影響。根據反應方程：
n OCN—A—NCO +（n +1）HO—A/—OH
HO—A/—[—O—CO—NH—A—NH—CO—O—A/—]n—OH
可得出： Mn=n MNCO +（n+1）MOH
又 R=n /（n+1），故 Mn = n MNCO +（n+1）MOH =（MOH+RMNCO）/（1-R） （1）
[ 若NCO過量，則為 Mn=（MNCO+R/MOH）/（1-R/），這里 R/ = OH / NCO ]
另外，TPU的合成反應機理為逐步加成縮聚反應，符合縮聚反應機理[1]。按照縮聚反應機理，可以推出下式：
TPU的***大平均聚合度mmax（數均）=（R+1）/（2|R—1|） （2）
可以得出： 當R=1時， mmax = ∞
當R=0.99時， mmax =99.5
當R=0.98時， mmax =49.5
可見，R值對TPU的分子量有很大影響。下面以MDI、1.4—BDO、PBA（Mg=1000）合成硬段含量Ch=50%的TPU為例進行說明：
10 當R=1時，配方為 PBA（Mg=1000）：100；MDI：80.15；1.4—BDO：19.85；
mmax = ∞，理論平均分子量= ∞；
20 當R= 0.99時，配方為 PBA（Mg=1000）：100；MDI：79.93；1.4—BDO：20.07；
mmax = 99.5，理論平均數均分子量=61930；
30 當R= 0.98時，配方為 PBA（Mg=1000）：100；MDI：79.85；1.4—BDO：20.15；
mmax = 49.5，理論平均數均分子量=30798；
1.1.2、硬段含量
硬段含量是指硬段在TPU中的質量百分含量，是TPU配方設計的另一個重要的參數。硬段含量直接影響TPU的氫鍵、微相分離以及結晶性能，是決定其形態的主要因素。硬段含量低、質量較小時（如10%），硬段易溶于軟段之中，TPU成為單一軟段相；當硬段含量較高但低于約40%時，硬段分散在軟段之上，軟段是連續相；這兩種情況下，TPU主要表現軟段相的優勢性能，如具有******的低溫性能、伸長率以及彈性，但強度、模量、耐磨性與耐熱性能較差。當硬段含量大約在40-60%時，TPU微相分離******，軟段相與硬段相均可能是連續相，此時TPU表現出******的綜合性能，伸長率、彈性、強度、模量、耐磨性以及低溫性能都比較好。當硬段含量大于60%時，軟段分散在硬段之中，硬段是連續相，此時TPU主要表現出硬段相時的性能，具有******的機械強度、較高的模量與耐磨性能、較好的耐熱性，但低溫性能、伸長率以及彈性則較差。在設計TPU配方時，應根據產品的性能要求，確定相應的硬段含量范圍，進而計算出初步的實驗配方。然后通過實驗得出所要求得配方。
1.2、配方的計算
在確定了所用大分子二元醇、二異***酸酯（在TPU中一般為MDI）、R值以及硬段含量Ch（這里硬段質量為二異***酸酯與小分子二醇的質量之和）之后，就可以通過計算求出二異***酸酯與小分子二醇的用量。
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以Wg、Wi、Wd分別表示大分子二元醇、二異***酸酯、小分子二醇的質量，Mg、Mi、Md分別表示其分子量，并設配方中大分子二元醇的質量Wg=100，則通過下面的聯立方程可以求出配方中二異***酸酯與小分子二醇的質量Wi、Wd：
Ch =（Wi+Wd）/（Wi+Wd+Wg）=（Wi+Wd）/（Wi+Wd+100） （3）
R =（Wi /Mi ）/ [(Wd/Md)+(Wg /Mg)] = （Wi /Mi ）/ [(Wd/Md)+(100 /Mg)] （4）!
這里Mg、Mi、Md分別是擬選用的大分子二元醇、二異***酸酯、小分子二醇的分子量，是已知數,未知數只有Wi、Wd，所以方程（3）與（4）是一個普通的二元一次方程式。( |
