聚氨酯化学与工艺习题答案1

1、1、概念33、常用的异氰酸酯从结构上看有哪几类?34、TDI和MDI在聚氨酯材料的合成中各有何特点？35、MDI改性（液化MDI）的目的及常用的改性方法36、常用的聚合物多元醇有哪几类？47、聚酯多元醇工业生产方法主要有几种？48、聚酯、聚醚多元醇的分子主链上有哪些特殊结构？49、根据特性聚醚多元醇分几类？410、常用的聚氨酯催化剂有哪几类？各包括哪几个常用品种？411、常用聚氨酯扩链剂或交联剂有哪些？412、异氰酸酯的反应机理413、异氰酸酯结构如何影响NCO基团的反应活性？414、活泼氢化合物种类与NCO反应活性515、异氰酸酯和活泼氢化合物常见反应516、羟基化合物对其与异氰酸酯反应活性

2、的影响517、异氰酸酯与水的反应有何用途518、在聚氨酯弹性体制备时，聚合物多元醇含水量应严格控制619、异氰酸酯与氨基甲酸酯及脲基的反应616、胺类、锡类催化剂对异氰酸酯反应的催化作用区别620、为什么聚氨酯树脂可以看作是一种嵌段聚合物，链段结构有何特点？621、影响聚氨酯材料性能的因素有哪些？622、软段、硬段如何影响聚氨酯材料的性能？723、聚氨酯泡沫分类724、泡沫制备的基本反应725、气泡的成核机理826、泡沫稳定剂在聚氨酯泡沫制备中的作用827、泡沫的稳定机理828、开孔泡沫与闭孔泡沫的形成机理829、物理发泡剂与化学发泡剂发泡机理830、软质聚氨酯泡沫的制备方法831、水平发泡与

3、垂直发泡的特点832、软泡制备原料选择基本要点933、环境条件对块状泡沫物性的影响934、冷模塑软泡与热模塑泡沫所用原料体系主要区别935、冷模塑软泡与热模塑泡沫相比有何特点936、软泡与硬泡各自的特点与用途937、硬泡配方设计要点1038、聚氨酯微孔弹性体的特点及用途1039、聚氨酯弹性体由哪些主要性能特点1040、聚氨酯弹性体根据多元醇、异氰酸酯、制造工艺等分类1041、从分子结构上看影响聚氨酯弹性体性能的因素有？1042、普通聚酯型和聚四氢呋喃醚型弹性体的性能区别1143、CPU有何性能特点？1144、什么叫一步法、预聚物法、半预聚物法？各有何特点？1145、影响聚氨酯弹性体性能的主要工

4、艺因素1146、NCO/OH(1)之比对材料性能如何影响1247、CPU加工工艺条件及方法1248、反应注射成型和橡胶、塑料注射成型的区别1249、反应注射成型工艺优点1250、RRIM、SRIM与LFI的区别1251、描述聚氨酯弹性体结构形态1352、喷涂聚氨酯、聚氨酯/脲、聚脲的主要区别1353、喷涂聚脲的主要特点1354、缩写解释142、151、概念（1）聚氨酯材料：通常情况下，凡是在高分子结构主链上含有多个氨基甲酸酯基团（NHCOO）的聚合物，统称聚氨酯(polyurethane)。（2）异氰酸酯： 在分子结构中含有异氰酸酯基团(NCO）的化合物，均称为异氰酸酯（isocyanate）

5、。（3）羟值：1克聚合物多元醇所含的羟基（OH）量相当于KOH的毫克数，单位mgKOH/g。（4）当量：当量56100/羟值（5）酸值(acid number) ：中和1克多元醇中的酸所需的KOH的毫克数，单位mgKOH/g。（6）硬段：聚氨酯分子主链上由异氰酸酯、扩链剂、交联剂反应所形成的链段，这些基团内聚能较大、空间体积较大、刚性较大。（7）软段：碳碳主链聚合物多元醇，柔顺性较好，在聚氨酯主链中为柔性链段。（8）异氰酸酯指数：反应基团的比例数，即-NCO/-OH的当量数之比。（9） 乳白时间(cream time)：聚氨酯泡沫制备过程中从原料混合开始到产生乳白现象所对应的时间。（10）凝胶

6、反应：一般指氨基甲酸酯的形成反应。因为泡沫原料采用多官能度原料，得到的是交联网络，这使得发泡体系能够迅速凝胶。（11）发泡反应： 一般是指有水与异氰酸酯反应生成取代脲，并放出CO2的反应。（12）发泡指数：把相当于在100份聚醚中使用的水的份数定义为发泡指数(IF)。（13）聚氨酯弹性体(PU elastomer)又称聚氨酯橡胶：是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯基团（NHCOO）的弹性体聚合物材料。（14）扩链系数：指扩链剂组分(包括混合扩链剂)中氨基、羟基的量(单位：mo1数或当量数)与预聚体中NCO的量的比值，也就是活性氢基团与NCO的摩尔数（当量数）比值。（15）一步法： 将低聚物多元

7、醇、二异氰酸酯、扩链剂和催化剂等同时混合后直接注入模具中，在一定温度下 固化成型的方法。（16）预聚体法：首先将低聚物多元醇与二异氰酸酯进行预聚反应，生成端NCO基的聚氨酯预聚物，浇注时再将预聚物与扩链剂反应，制备聚氨酯弹性体的方法，称之为预聚体法。（17）半预聚物法：将部分多元醇与扩链剂、催化剂等以混合物的形式添加到预聚物中。即：配方中多元醇分两部分，一部分与过量异氰酸酯反应合成预聚体，另一部分与扩链剂混合，在浇注时加入。 半预聚体中游离NCO%较高，一般为12%15%。）（18)异氰酸跟含量：异氰酸根在整个分子式中的含量。（19）凝胶时间：在一定条件下，液态物质形成凝胶所需的时间。一般是指

8、液态树脂或胶液在规定的温度下由能流动的液态转变为固体凝胶所需的时间。（20）交联剂：能在线性分子间起架桥作用从而使多个线性分子相互键合交联成网络结构的物质。（21）低不饱和度聚醚：主要针对PTMG开发，PPG的价格，不饱和度降低到0.05mol/kg。（22）氨酯级溶剂：杂质含量极少，可供聚氨酯涂料使用的溶剂，他们的纯度比一般的工业品要高。（23）反应注射成型：是由分子量不大的齐聚物以液态形式进行计量，瞬间混合的同时注入模具，而在模腔中迅形式反应，材料分子量急骤增加，以极快的速度生成含有新的特性基团结构的全新聚合物的工艺。（24）物理发泡剂：泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩

9、气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的这种物质就是物理发泡剂。（25）化学发泡剂：那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物。（26）物理交联：在高聚物软链中有部分硬质链，硬质链在软化点或熔点以下的温度具有与化学交联后硫化橡胶同样的物理性质的现象。（27）化学交联：指在光、热、高能辐射、机械力、超声波和交联剂等作用下，大分子链间通过化学键联结起来，形成网状或体形结构高分子的过程。3、 常用的异氰酸酯从结构上看有哪几类?脂肪族（HDI）、脂环族（IPDI HTDI HMDI)、芳香族（TDI MDI NDI PAPI PPDI）4、 TDI和MDI在聚氨酯

10、材料的合成中各有何特点？TDI与MDI的主要区别：结构区别：TDI单苯环，分子量小，MDI双苯环，分子量大。状态：TDI常温下为透明液体，蒸气压高，气味大，有毒；纯MDI常温下为结晶固体，气味小，毒性小。反应活性：MDI具有反应速度快、安全系数较高、节能环保。种类：TDI主要有三类，而MDI除了纯MDI外，还有多种改性品种。5、 MDI改性（液化MDI）的目的及常用的改性方法液化目的：液化纯MDI是经过液化改性的MDI，它克服了纯MDI的一些缺陷（常温下固体，使用要融化,多次加热影响性能），也为MDI基聚氨酯材料性能的提高和改善提供了进行大范围改性的基础。液化方法：氨基甲酸酯(urethane

11、 )改性的液化MDI。碳化二亚胺(carbodiimide)和脲酮亚胺 (uretonimine)型改性液化MDI掺合型液化MDI。6、 常用的聚合物多元醇有哪几类？聚酯多元醇：普通聚酯多元醇、特种聚酯多元醇（己内酯型聚酯多元醇、聚碳酸酯型聚酯多元醇）；聚醚多元醇：普通聚醚多元醇、特种聚醚多元醇（高活性聚醚多元醇、接枝型聚酯多元醇、阻燃型聚醚多元醇、杂环改性聚醚多元醇、四氢呋喃型聚醚多元醇）、组合聚醚多元醇；其他多元醇：聚丁二烯型多元醇、蓖麻油多元醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇、环氧树脂改性多元醇。7、 聚酯多元醇工业生产方法主要有几种？A、真空熔融法、B、载气熔融法、 C、共沸蒸馏法8、

12、聚酯、聚醚多元醇的分子主链上有哪些特殊结构？聚酯多元醇：在分子主链上含有酯基、在端基上具有羟基的大分子醇类化合物。平均分子量一般为5003000。聚醚多元醇： 聚醚多元醇(ployether ployol )是在分子主链结构上含有醚键、端基带有羟基或胺基的聚合物或齐聚物。（端羟基聚醚或端胺基聚醚）9、 根据特性聚醚多元醇分几类？高活性聚醚多元醇、接枝型聚酯多元醇POP、阻燃型聚醚多元醇、杂环改性聚醚多元醇、四氢呋喃型聚醚多元醇PTMEG。10、 常用的聚氨酯催化剂有哪几类？各包括哪几个常用品种？叔胺类催化剂（三亚乙基二胺、N甲基吗啡啉、N,N-二甲基环已胺、N,N,N,N-四甲基亚甲基二胺）有

13、机金属催化剂 二价锡类化合物：辛酸亚锡、油酸亚锡等。四价锡类化合物：其烷基或芳基是通过碳锡直接连接在锡原子上，比较重要的是二丁基锡二月桂酸酯。11、 常用聚氨酯扩链剂或交联剂有哪些？醇类化合物：小分子醇1，4丁二醇、三羟甲基丙烷(TMP)、三异丙醇胺（TIPA)和季戊四醇(APP)胺类化合物:3,3二氯4,4二氨基二苯基甲烷(莫卡MOCA）、E-100、E-300醇胺类扩链剂：乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺和N,N双（2羟丙基）苯胺12、 异氰酸酯的反应机理异氰酸酯：分子中含有异氰酸酯基（-NCO）的化合物。其化学活性主要表现在其特征基团NCO上，该基团具有重叠双健排列的高度不饱和健结

14、构（-N=C=O),它能和各种含活泼氢的化合物进行反应，化学性质极其活泼。由于异氰酸酯基的共振作用，使其电荷分布不均匀，产生亲核中心及亲电中心， N,C,O原子的电负性顺序为ONC。氧原子（O）电负性最大，是亲核中心，可吸引含活性氢化合物分子上的氢原子而生成羟基，但不饱和碳原子上的羟基不稳定，重排成为氨基甲酸酯(若反应物为醇)成脲(若反应物为胺)。碳原子（C）电子云密度最低，呈较强的正电性，为亲电中心，易受到亲核试剂的进攻。异氰酸酯与活泼氢化合物的反应，就是由于活泼氢化合物分子中的亲核中心进攻NCO基的碳原子而引起的。13、 异氰酸酯结构如何影响NCO基团的反应活性？（1） R基的电负性 （R

15、NCO）若R为吸电子基，NCO基团中C原子电子云密度更加降低，更容易受到亲核试剂的进攻，即更容易和醇类、胺类等化合物进行亲核反应。若R为供电子基，通过电子云传递，将会使NCO基团中C原子的电子云密度增加，使它不容易受到亲核试剂的进攻，它与含活泼氢化合物的反应能力下降。脂肪族异氰酸酯：烷基为供电子基团，使-NCO活性下降芳香族异氰酸酯：芳基为吸电子基团，使-NCO活性更高异氰酸酯中R的吸电子能力：硝基苯基苯基甲苯基甲氧基苯基苯亚甲基环己基烷基（2） 异氰酸酯的R母体上还存在各种各样的其它基团，这些基团电负性的强弱，同样对NCO基团的反应活性产生很大的影响：当芳环上引入吸电子基团，如硝基、氯、氟等

16、基团时，会使NCO基团上C原子电子云密度下降，使整个异氰酸酯亲核反应能力增加。而当芳环上引入甲基、甲氧基等供电子基团，会使NCO基团上C原子电子云密度增加，异氰酸酯反应活性降低。（3） 芳香族二异氰酸酯的诱导效应 诱导效应：由于芳香族二异氰酸酯中含有两个NCO基团，当第一个NCO基因参加反应时，由于芳环的共轭效应，未参加反应的NCO基团会起到吸电子基的作用，使第一个NCO基团反应活性增强，这种作用就是诱导效应。诱导效应对于能产生共轭体系的芳香族二异氰酸酯则特别明显。 （4） 空间位阻效应 在芳香族二异氰酸酯分子中，假如两个NCO基团同时处在一个芳环上，那么其中的一个NCO基对另一个NCO基反应

17、活性的影响往往是比较显著的。 但是当两个NCO基分别处在同一分子中的不同芳环上，或它们被烃链或芳环所隔开，这样它们之间的相互影响就不大，而且随链烃长度的增加或芳环数目的增加而减小。14、 活泼氢化合物种类与NCO反应活性脂肪族NH2芳香族NH2伯醇OH水仲OH酚OH羧基取代脲酰胺氨基甲酸酯。15、 异氰酸酯和活泼氢化合物常见反应（1） 异氰酸酯与醇的反应（最常见、最基本的反应） 反应产物为氨基甲酸酯（2）异氰酸酯与苯酚的反应 反应生成氨基甲酸苯酯 是可逆反应（3）异氰酸酯与水的反应（制备聚氨酯泡沫的重要反应）（4）异氰酸酯与羧酸的反应 酸酸与异氰酸酯的反应活性比水或伯醇低，异氰酸酯和酸酸反应先

18、生成不稳定的酸酐，然后酸酐分解为酰胺和CO2 。（5）异氰酸酯与胺的反应 氨基活性较高，且具有一定的碱性，反应生成取代脲。（6） 异氰酸酯与氨基甲酸酯及脲的反应 分别生成脲基甲酸酯、缩二脲型交联结构。（7） 异氰酸酯与环氧化合物的反应 生成噁唑烷酮环，这种五元杂环结构，可以提高聚氨酯材料的耐热性能；由该体系制得的聚氨酯涂料具有优异的涂层流平性和耐候性；还可以利用这类结构材料制备聚氨酯胶粘剂产品（8） 异氰酸酯与羧酸酐的反应 异氰酸酯基与酸酐反应，生成具有较高耐热性的酰亚胺环，二异氰酸酯能与二羧酐反应生成耐热性高的聚酰亚胺。酰亚胺基的耐热性与异氰脲酸酯相当。（9） 缩聚反应 异氰酸酯在适当的催化

19、剂的作用及一定温度下，可以生成碳化二亚胺，并放出CO2 。16、 羟基化合物对其与异氰酸酯反应活性的影响（1）、脂肪族一元醇结构及其反应活性 醇分子中亲核中心电子云密度的大小 在活性氢化合物的分子中，若亲核中心的电子云密度越大，其电负性越强，它与异氰酸酯的反应活性则越高，反应速度也越快；反之则活性低。活泼氢化合物(ROH或RNH2)的反应性与R的性质有关，当R为吸电子基(电负性低)，则氢原子转移困难，活泼氢化合物与NCO的反应较为困难；若R为供电子取代基，则能提高活泼氢化合物与NCO的反应活性。 空间位阻效应 醇分子结构对羟基的空间位阻效应增大，醇与异氰酸酯的反应活性就下降。醇与异氰酸酯的反应

20、活性顺序为伯醇仲醇叔醇脂肪一元醇与异氰酸酯的反应活性顺序为甲醇1-丁醇、乙醇1-戊醇1-丙醇2-丁醇2-甲基-1-丙醇、 2-丙醇 2-甲基-2-丙醇、2-甲基-2-丁醇（2） 、脂族多元醇结构及其反应活性 随着HO-(CH2CH2O-)n-H (n=24）分子中链节数n的增大，2，3，4三种二元醇与苯基异氰酸酯的反应速度与二元醇的浓度有关，当浓度为0.2mol/L时，反应速度随n的增大而增加；当浓度为2mol/L时，除3号反常外，随n的增加反应速度下降。而对HO-(CH2)n-H（n=35），反应速度随浓度的增加而减小。多元醇化合物反应速度为：三羟甲基丙烷丙二醇季戊四醇甘油（3）、端羟基聚醚

21、、聚酯结构及其反应活性 聚酯、聚醚官能度、羟基的性质及分子量与异氰酸酯的反应一般有以下规律：羟基性质与官能度相同的情况下，分子量小的聚醚、聚酯的反应速度大；相同分子量及官能度的情况下，含伯醇基团的的反应速度比仲醇基团的快。17、 异氰酸酯与水的反应有何用途该反应是制备聚氨酯泡沫的重要反应，在反应中生成CO2，使水得以成为制备聚氨酯泡沫最宜得的化学发泡剂，但该反应放热量大，用量过大，会使泡沫体烧芯；同时，水量过多，使得生成聚合物中脲基含量高，使泡沫手感变差，所以PU软泡中水量一般低于4。18、 在聚氨酯弹性体制备时，聚合物多元醇含水量应严格控制而对于弹性体、涂料、纤维中要求不能有气泡，所以原料中

22、的含水量必须严格控制，通常要求低于0.05%。19、 异氰酸酯与氨基甲酸酯及脲基的反应异氰酸酯和醇、胺反应生成氨基甲酸酯和取代脲基团，这些基团的内聚能较高，且仍含有活泼氢，在聚氨酯的合成过程中，往往有意地预留出少部分的异氰酸酯基，以便和这些活泼氢进一步反应，分别生成脲基甲酸酯、缩二脲型交联结构。 脲基甲酸酯的支化反应在120140或合适的催化剂作用下才能进行，脲基反应温度稍低，在100左右。16、 胺类、锡类催化剂对异氰酸酯反应的催化作用区别 叔胺类催化剂对异氰酸酯与水的反应(即通常所说的“发泡反应”)的催化效率大于对异氰酸酯与羟基反应(即所谓所的“凝胶反应”)的催化效率，有机金属类催化剂对凝

23、胶反应的催化效率更显著。即各催化剂都有其选择性。叔胺催化剂酸碱性对反应活性的影响 酸性环境：在聚氨酯中，一般很少用酸类催化剂，酸性催化剂(如苯甲酰氯、无机及有机酸)对氨基甲酸酯及脲基甲酸酯生成反应有较低的催化作用。 但能抑制缩二脲的生成反应，因而抑制交联反应。碱性环境：若聚醚中尚有微量碱(开环聚合用的KOH未被除去），则与二异氰酸酯反应时，碱金属化合物会催化交联副反应，发生凝胶。因而可加入酸中和，并且若酸稍过量，则抑制交联反应，可使预聚体能长期储存。 叔胺类催化剂对-NCO与-OH化合物反应的影响，除了其碱性程度外，还受到位阻效应等影响。一般，碱性大、位阻小，则催化能力强。叔胺对H2O与-NC

24、O反应的催化活性的影响比-OH与-NCO反应的催化活性大，故叔胺催化剂一般用于聚氨酯泡沫制备。有机金属化合物对异氰酸酯反应的影响 一般，有机金属化合物催化剂对NCO与OH的反应的催化活性比NCO与水的反应强。20、 为什么聚氨酯树脂可以看作是一种嵌段聚合物，链段结构有何特点？聚氨酯可以看做是一种含有软链段和硬链段的嵌段共聚物。软段由低聚物多元醇（聚酯、聚醚二醇等）组成，硬段由多异氰酸酯或其与小分子扩链剂组成。21、 影响聚氨酯材料性能的因素有哪些？（1）基团的内聚能 聚氨酯的性能与其分子结构有关，而基团是分子的基本组成成分。聚氨酯分子中，除含有氨基甲酸酯基团外，不同的聚氨酯制品中还有酯基、醚基

25、、脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲、芳环及脂链等基团中的一种或多种。各基团对分子内引力的影响可用组分中各不同基团的内聚能表示。（酯基的内聚能比脂肪烃和醚基的内聚能高；脲基甲酸酯基的内聚能高，极性强。因此聚酯型聚氨酯的强度高于聚醚型和聚烯烃型，聚氨酯脲的内聚力、粘附性及软化点比聚氨酯的高。）（2）氢键 氢键(hydrogen bond)存在于含电负性较强的氮原子、氧原子基团和含H原子的基团之间，与基团内聚能大小有关。硬段的氨基甲酸酯或脲基的极性强，氢键多存在于硬段之间。 特点：氢键是一种物理吸引力，它比原子之间的键合力小得多，但大量氢键的存在，在极性聚合物中是影响性能的重要因素之一。氢键具有可逆性，在

26、较低温度时，极性链段的紧密排列促使氢键形成；在较高温度时，链段接受能量而活动，氢键消失。 氢键起物理交联作用、它可使聚氨酯弹性体具有较高的强度、耐磨性。氢键越多，分子间作用力越强，材料的强度越高。（3）结晶性 结构规整、含极性及刚性基团多的线性聚氨酯，分子间氢键多，材料的结晶强度高。 聚氨酯材料的强度、硬度和软化点随结晶程度的增加而增加，伸长率和溶解性则降低。 若在结晶性线性聚氨酯中引入少量支链或侧基，则材料结晶性下降。 交联密度增加到一定程度，软段失去结晶性，聚氨酯弹性体可由较坚硬的结晶态变为弹性较好的无定型态。 在材料被拉伸时，拉伸应力使得软段分子基团的规整性提高，结晶性增加，材料的强度提

27、高。 硬段的极性越强，越有利于材料的结晶。（4）交联度 分子内适度的交联可使聚氨酯材料硬度、软化温度和弹性模量增加，断裂伸长率、永久变形和在溶剂中的溶胀性降低。 聚氨酯弹性体，适当交联，可制得机械强度优良、硬度高、富有弹性且有优良耐磨、耐油、耐臭氧及耐热性等性能的材料。但若交联过度，可使拉伸强度、伸长率等性能下降。 聚氨酯化学交联一般是由多元醇（偶尔多元胺或其它多官能度原料）原料或由高温、过量异氰酸酯而形成的交联键（脲基甲酸酯和缩二脲等）引起，交联密度取决于原料的用量。 与氢键引起的物理交联相比，化学交联具有较好的热稳定性。 （5）分子量 线性聚氨酯（弹性体）的分子量在一定程度内对力学性能有较

28、大的影响，分子量增加，则聚氨酯材料的拉伸强度、伸长率和硬度增加，而在有机溶剂中的溶解性下降。 对高交联度的聚氨酯材料，如泡沫塑料、涂料等，分子量并非影响其性能的主要因素。22、 软段、硬段如何影响聚氨酯材料的性能？（1） 软段(soft segment)对性能的影响 软段在聚氨酯中占大部分，不同的低聚物多元醇与二异氰酸酯制备的聚氨酯性能各不相同。软段种类的影响 聚酯多元醇作软段得到的聚氨酯弹性体及泡沫的力学性能较好。聚酯型聚氨酯的强度、耐油性、热氧化稳定性比PPG聚醚型的高，但耐水解性能比聚醚型的差。 聚四氢呋喃(PTMEG)型聚氨酯，由于PTMEG规整结构，易形成结晶，强度与聚酯型的不相上下

29、。 聚醚型聚氨酯，由于软段的醚基较易旋转，具有较好的柔顺性，有优越的低温性能，并且聚醚中不存在相对易于水解的酯基，其耐水解性比聚酯好。 含有侧链的软段，由于位阻作用，氢键弱，结晶性差，强度比相同软段主链的无侧基聚氨酯差。软段的分子量 假定聚氨酯分子量相同，其软段若为聚酯，则聚氨酯的强度随着聚酯二醇分子量的增加而提高；若软段为聚醚，则聚氨酯的强度随聚醚二醇分子量的增加而下降，不过伸长率上升。软段的结晶性 对线性聚氨酯链段的结晶性有较大的贡献。一般来说，结晶性对提高聚氨酯制品的性能是有利的，但有时结晶会降低材料的低温柔韧性，并且结晶性聚合物常常不透明。（2） 硬段(rigid Segment)对性

30、能的影响 聚氨酯的硬段由反应后的多异氰酸酯或多异氰酸酯与扩链剂组成，含有芳基、氨基甲酸酯基、取代脲基等强极性基团。 通常芳香族异氰酸酯形成的刚性链段构象不易改变，常温下伸展成棒状。 硬链段通常影响聚合物的软化熔融温度及耐高温性能。异氰酸酯的影响 异氰酸酯的结构影响硬段的刚性，因而异氰酸酯的种类对聚氨酯材料的性能有很大影响。 芳香族异氰酸酯分子中刚性芳环的存在以及生成的氨基甲酸酯键赋予聚氨酯较强的内聚力。 芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯由于硬段含刚性芳环，使其硬段内聚强度增大，材料强度一般比脂肪族异氰酸酯型聚氨酯的大，但抗紫外线降解性能较差，易泛黄。脂肪族聚氨酯则不会泛黄。扩链剂的影响 含芳环的二元

31、醇扩链的聚氨酯比脂肪族二元醇的强度高。 二元胺扩链剂能形成脲键，脲键的极性比氨酯键强，因而二元胺扩链的聚氨酯比二元醇扩链的聚氨酯具有较高的机械强度、模量、粘附性、耐热性，并且还有较好的低温性能。 聚氨酯的软段在高温下短时间不会很快被氧化和发生降解，但硬段的耐热性影响聚氨酯的耐温性能。硬段中可能出现由异氰酸酯反应形成的几种键基团，其热稳定性顺序如下：异氰脲酸酯脲氨基甲酸酯缩二脲脲基甲酸酯23、 聚氨酯泡沫分类硬泡及软泡高密度及低密度泡沫聚酯型、聚醚型泡沫TDI型、MDI型泡沫聚氨酯泡沫及聚异氰脲酸酯泡沫一步法及预聚法生产连续法及间歇法生产块状泡沫和模塑泡沫24、 泡沫制备的基本反应1） 基本反应

32、(-NCO与-OH、-NH2、H2O的反应） 多元醇与多异氰酸酯生成聚氨酯的反应，是所有聚氨酯泡沫塑料制备中都存在的反应。 发泡过程中的“凝胶反应”一般指氨基甲酸酯的形成反应。因为泡沫原料采用多官能度原料，得到的是交联网络，这使得发泡体系能够迅速凝胶。 基团的反应式如下：在有水存在的发泡体系中，多异氰酸酯与水的反应不仅是生成脲的交联(凝胶)反应，而且是重要的发泡反应。所谓“发泡反应”， 一般是指有水与异氰酸酯反应生成取代脲，并放出CO2的反应。上述反应产生大量热量，这些热量使体系温度迅速增加，使发泡反应在很短的时间内完成。并且，反应热为物理发泡剂(辅助发泡剂)的气化发泡提供了能量。25、 气泡

33、的成核机理原料在液态中反应或依靠反应产生的温度产生气体物质并使气体挥发。随着反应的进行和反应放热的大量产生，气体物质的发生量和挥发量不断增加。气体生成及气体挥发，现成气泡核，气体浓度增加超过饱和浓度后，在溶液相中开始形成细微的气泡、并上升。26、 泡沫稳定剂在聚氨酯泡沫制备中的作用泡沫稳定剂-表面活性剂作用：具有乳化作用，使泡沫物料各组分间的互溶性增强降低了液体的表面张力 ，气体分散所需增加的自由能减少，使分散在原料中的空气在搅拌混合过程中更易成核，有助于细小气泡的产生，提高了泡沫的稳定性。 表面活性剂是硅烷类共聚物，其主要结构为聚硅氧烷聚氧化烯烃醚嵌段共聚物。27、 泡沫的稳定机理泡沫稳定剂

34、在气液界面形成一个表面活性层，该活性层的粘度高于液相本体，使气泡液膜具有一定的伸缩弹性和较高粘度，而液相本体粘度低，相对容易流动。因此，排液现象对气泡壁减薄的影响减弱，使得膨胀中的泡沫气泡得以稳定。（在单位体积的液相中分散一定体积的气体时，若要产生分散比较均匀的微细泡沫，必须要给体系施加一定的自由能(F)，加入适当的表面活性剂有利于生成细微的气泡分散体。 如在配方中添加有利于降低表面张力的助剂，有利于降低大、小气泡间的压差，提高泡沫的稳定性，形成泡孔较细密的泡沫结构。 作为气液两相中的液相。不论表面张力如何，纯净的液体都不可能得到稳定的气泡。如需获得相对稳定的气泡，必须具备以下两个条件：体系中

35、至少具备两个以上的组成部分体系中的一个组成部分优先吸附在气泡表面降低表面张力能阻止泡壁的减薄，有助于气泡的稳定。液体粘度的增加对泡沫的稳定作用有利。双面电性效应：气泡膜壁双面上的离子型表面活性剂。由于气泡的膨胀，在液膜被牵引的情况下，会在液膜的内、外表面上产生电荷积累，当膜壁面靠近时，电性相斥力将会阻止气泡膜壁变薄。）28、 开孔泡沫与闭孔泡沫的形成机理大多是在气泡内产生最大压力时由于凝胶反应形成的泡孔壁强度不高，不能承受气体压力升高引起的壁膜拉伸，气泡壁膜便被拉破，气体从破裂处逸出，形成开孔泡沫。自然开孔的泡沫，大部分聚合体由壁膜流向泡沫经络，因此其拉伸强度、伸长率、承载能力（即泡沫硬度）、

36、回弹性等各项指标，均比闭孔的泡沫为高。硬泡体系：由于采用多官能度、低分子量的聚醚多元醇与多异氰酸酯反应，凝胶速度相对较快，在泡孔内气体不能挤破泡壁，从而形成以闭孔为主的泡沫塑料。29、 物理发泡剂与化学发泡剂发泡机理物理发泡机理：通过化合物物理状态的变化，如挥发性液体的蒸发膨胀或升华性固体物质而产生气体。化学发泡机理：利用化学物质热分解性，经加热分解放出气体。30、 软质聚氨酯泡沫的制备方法预聚体法（即先由聚醚多元醇和过量的TDI反应，制成含有游离NCO基的预聚体，后与水、催化剂、稳定剂等混合制成泡沫），预聚法生产流程长，成本高，仅在一些特殊产品的生产中采用。一步法（各物料通过计量直接混合，一

37、步制造泡沫）。目前的普通聚氨酯软泡几乎都是用一步法生产，依其生产方式之不同，可分为连续式和间歇式。31、 水平发泡与垂直发泡的特点水平发泡：泡沫上升的阻力，造成泡沫顶中部高、两侧低，泡沫截面上部为圆拱形，表皮和底皮较厚。后来开发的平顶发泡工艺，其基本工艺原理是克服或补偿发泡过程中，侧边对泡沫上升的阻滞作用。 边膜提升法 在原始水平发泡机基础上增加了向上牵引侧纸装置，使泡沫边缘与中部同步上涨发泡，从而制得接近平顶的泡沫块。平衡压板法 采用了顶纸和顶部盖板，得到矩形截面顶皮较薄的泡沫体。溢流槽法 采用溢流槽和传送带降落板，实现由上向下发泡，得到平顶泡沫，并且块泡底皮较薄，整体密度也较低。降落板法

38、应用向下发泡原理的又一种工艺方法垂直发泡：可以用较小的流量（如4070kg/min)得到大截面积（如1m2m)的泡沫块料，而通常用水平发泡机要得到同样截面的块料，流量水平要比垂直发泡大35倍；泡沫块横截面大，无上下表皮，边皮也较薄，大大减少了切割损失；设备占地面积小，厂房高度约1213m，厂房和设备投资费用较水平发泡工艺的低；可以方便地通过更换料斗及模型，可生产圆柱形或矩形泡沫体，特别是可生产供旋切的圆块泡坯料。 垂直发泡机生产的泡沫块料的长度不能太长，密度过大或过小的泡沫在生产上也有一定困难。但垂直发泡机的经济性(投资省、成品率高)及生产灵活性，使得到迅速发展。32、 软泡制备原料选择基本要

39、点多元醇 用于普通块状泡沫的聚醚多元醇，分子量一般为30004000，以聚醚三醇为主。高回弹泡沫则多采用分子量在45006000的聚醚三醇。（分子量增加时，泡沫的拉伸强度、伸长率和回弹性提高；同类聚醚的反应活性下降。聚醚的官能度增加，则反应相对加快，生成聚氨酯的交联度提高，泡沫硬度随之提高，伸长率下降。）；异氰酸酯 软泡用异氰酸酯以甲苯二异氰酸酯（TDI80)为主。而活性相对较低的TDI65仅用于聚酯型聚氨酯泡沫或特殊的聚醚型泡沫。 异氰酸酯指数控制在105115，在此范围内可以方便而安全地控制泡沫体的硬度。（ISO指数在一定范围内增大，则泡沫硬度增大。但达到某一点后硬度不再显著增大，而撕裂强

40、度、拉伸强度和伸长率下降，闭孔率上升，回弹率下降，表面长时间发粘，还会引起泡沫烧芯。若指数过低，泡沫易产生裂纹，强度低，回弹差，压缩永久变形大、表面有潮湿感。）催化剂 软泡发泡用的催化利大致分为二类：一类是有机金属化合物，以辛酸亚锡最为常用；另一类是叔胺、以双(二甲氨基乙基)醚和三亚乙基二胺（TEDA，或称“A-33”）常用。泡沫稳定剂 聚酯型聚氨酯块状泡沫中以非硅系表面活性剂为主，聚醚型块状发泡中主要采用有机硅氧化烯烃共聚合物。 一般对于低密度软泡采用高活性泡沫稳定剂如L-580、L-582等；对于密度为3040kgm3的高密度软泡，采用较低活性的泡沫稳定剂，如L- 520、L-6202等。

41、发泡剂 一般密度大于21KG/m3的软块泡时，只使用水作发泡剂；在低密度配方中才使用二氯甲烷（MC）等低沸点化合物作辅助发泡剂。33、 环境条件对块状泡沫物性的影响温度的影响 物料温度上升发泡反应加快，在敏感的配方中将会引起烧芯和着火的危险。 发泡时的环境温度对反应性及泡沫塑料的物理性能也有一定的影响。（同样的配方，在夏季由于气温高，反应加快引起泡沫密度下降、硬度降低、伸长率增加、机械强度增加。 软泡最好在装备空调的车间中生产。为了得到所需性能的泡沫，可调节发泡配方以适合不同的气温环境。）空气湿度的影响 随着湿度的增加，由于泡沫中的异氰酸酯基团部分与空气中的水分反应，泡沫的硬度有所下降，伸长率

42、增加；由于脲基的增加，泡沫的拉伸强度有所增加。大气压的影响 对同样的配方，当在海拔较高的地方发泡时，密度明显降低。 使用相等的发泡剂，在海平面比在海拔高的地区制得的块状泡沫密度高得多。34、 冷模塑软泡与热模塑泡沫所用原料体系主要区别热熟化模塑泡沫的原料反应活性较低，反应混合物在模具中发泡结束后，需要连同模具一起加热，泡沫制品在烘道中熟化完全后才能脱模。 冷熟化模塑原料反应活性较高，熟化时无需外部供热，依靠体系产生的热量，短时间即可基本上完成熟化反应，原料注模后几分钟内即可脱模。35、 冷模塑软泡与热模塑泡沫相比有何特点由于原料体系及发泡反应过程的特点，大多数冷熟化模塑软泡具有较高的回弹性，而

43、且压陷比大，一般称为冷熟化高回弹泡沫。 与热模塑泡沫和高回弹块泡相比，冷模塑泡沫的原料可选择范围较宽，助剂品种多。通过选用不同的原料体系，可得到各种性能的泡沫塑料。 与热模塑工艺相比，模具温度较低，无需冷却过程。根据实际需要可敞模也可闭模充填物料。36、 软泡与硬泡各自的特点与用途（1）聚氨酯软泡的泡孔结构多为开孔的。一般具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能。 主要用作家具、垫材、交通工具座椅垫材、各种软性衬垫层压复合材料，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热保温材料等。在聚氨酯泡沫塑料制品中，有60%以上是软泡。（2）聚氨酯硬质泡沫的特点：

44、聚氨酯泡沫具有重量轻、比强度高、尺寸稳定性好。（硬泡的密度一般低于150kg/m3,包装行业低达8kg/m3，一般的绝热硬泡密度在2860kg/m3。）聚氨酯硬泡的绝热性能优越（聚氨酯硬泡闭孔率大于90，封闭在泡孔内的气体具有极低的热传导系数。）粘合力强老化性能好，绝热使用寿命长反应混合物具有良好的流动性，能顺利地充满复杂形状的模腔或空间。聚氨酯硬泡生产原料的反应性高，可以实现快速固化，能在工厂中实现高效率、大批量生产。 聚氨酯硬泡用途：在建筑、石油化工、冷藏、造船、车辆、航空、机械、仪表等工业部门广泛应用，作绝热材料和结构材料，其中最主要的应用领域有：用作冰箱、冷柜、冷藏集装箱、冷库等的保温

45、层材料，石油输送管道及热水输送管道保温层，建筑墙壁及屋顶保温层、保温夹心板，等等。37、 硬泡配方设计要点（1）.多元醇 聚醚多元醇一般是高官能度、高羟值(低分子量)聚氧化丙烯多元醇，简称“硬泡聚醚”，羟值一般为350650mgKOHg，官能度一般在38之间。（按起始剂的不同，可分为甘油聚醚、山梨醇聚醚、季戊四醇聚醚、蔗糖聚醚、淀粉聚醚、胺类聚醚等。通用的硬泡聚醚多元醇大多是以蔗糖及其混合物为起始剂。）（2）.异氰酸酯目前用于硬泡的异氰酸酯主要是多亚甲基多苯基多异氰酸酯（一般称PAPI)，即粗MDI、聚合MDI。（3）.发泡剂CFC发泡剂HCFC及HFC发泡剂戊烷发泡剂水(4).泡沫稳定剂 一

46、般是聚二甲基硅氧烷与聚氧化烯烃的嵌段聚合物，目前大多数泡沫稳定剂以SiC型为主 (5).催化剂硬泡配方的催化剂以叔胺为主，在特殊场合可使用有机锡催化剂。 (6).其它助剂根据聚氨酯硬泡制品的不同用途要求与需要，还可在配方中加入阻燃剂、开孔剂、发烟抑制剂、防老剂、防霉剂、增韧剂等助剂。38、 聚氨酯微孔弹性体的特点及用途弹性微孔聚氨酯是一种介于聚氨酯弹性体和泡沫塑料之间的材料。与普通泡沫相比，它具有较高的密度，较高的弹性和强度，可称之为微孔聚氨酯弹性体；但它又是一种中高密度的半硬质的泡沫塑料，可称为微孔聚氨酯泡沫塑料。 微孔泡沫可制成整皮制品。一般应用于制鞋工业（PU鞋底）及汽车工业（汽车仪表盘

47、和方向盘、微发泡轮胎轮胎支撑体、汽车限位减震块、机械减震器）。39、 聚氨酯弹性体由哪些主要性能特点较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内（邵氏A10邵氏D75）保持较高的弹性；一般无需增塑剂可达到所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题；在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高；优异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的210倍；耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；耐氧性和耐臭氧性能优良；抗冲击性高、耐疲劳性及抗震动性好，适于高频挠屈应用；低温柔顺性好；普通聚氨酯不能在100 以上使用，但采用特殊的配方可耐140 高温；模塑和加工成本相对较低。 （与金属材料相比：重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用

48、低及耐腐蚀等优点；与塑料相比：具有不发脆、弹性记忆、耐磨等优点。与橡胶相比：具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可浇注、硬度范围广等优点。）40、 聚氨酯弹性体根据多元醇、异氰酸酯、制造工艺等分类按低聚物多元醇分：聚酯型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型又可分PTMG型、PPG型等；按二异氰酸酯的不同分：脂肪族和芳香族弹性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类型。 常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI型为主。按扩链剂不同分：主要有二元醇和二元胺两类。二元胺扩链得到的聚氨酯弹性体严格地讲是聚氨酯脲弹性体。从制造工艺分：浇注型(C

49、PU)、热塑性(TPU)、混炼型(MPU)三大类。其它类型： 反应注射成型(RIM)工艺生产的实心及微孔聚氨酯弹性体，溶液涂覆及溶液浇注成型聚氨酯弹性体，喷涂成型聚氨酯（脲）弹性体。 41、 从分子结构上看影响聚氨酯弹性体性能的因素有？ （1）低聚物二醇对性能的影响 不同的低聚物多元醇结构不同，构成的聚氨酯弹性体分子的软段极性不同，由此产生的软硬段聚集态结构不同。低聚物链段结构的规整性对软段分子链段的排列、低聚物本身结晶性及制得的聚氨酯弹性体性能有很大的影响。软段结构的规整性对聚氨酯的结晶性及强度产生较大的影响。软段聚酯链段中引入侧甲基后，使分子间的作用力减弱，强度较直链聚酯型聚氨酯低，并且永

50、久变形变大。由极性强的聚酯PBA、PEPA及聚醚PTMEG作软段得到的弹性体的力学性能较好。 聚酯易受水分子的侵袭发生断裂，且水解生成的酸又能催化聚酯的进一步水解。聚酯种类对弹性体的物理性能及耐水性能有一定的影响。酯基含量较小，其耐水性也较好。聚醚型聚氨酯的耐水解性能比聚酯好。（2）分子量的影响在原料化学配比一定的情况下，改变柔性链段的长度，软段分子量增加也即降低了硬链段的比例。软段比例增加，强度下降，弹性增加，永久变形增加。异氰酸酯对性能的影响二异氰酸酯结构影响硬段的规整性，影响氢键的形成，因而对弹性体的强度有较大的影响。一般，含芳环的异氰酸酯使硬段具有更大的刚性，内聚能大，使弹性体的强度增

51、加。NCO%的影响：相同的原料，当NCO%提高，硬段的含量增加，分子中的极性基团增多，氢键易形成，增进硬段的聚集，一般使弹性体的硬度和强度增加。（3）扩链剂的影响 用二元醇扩链剂制得的浇注型弹性体强度比二胺扩链剂扩链的弹性体差。42、 普通聚酯型和聚四氢呋喃醚型弹性体的性能区别聚酯多元醇 分子中较多的极性酯基(COO)，可形成较强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯弹性体具有较高的强度、耐磨及耐油性能。聚醚多元醇 聚醚多元醇制得的弹性体具有较好的水解稳定性、耐候性，低温柔顺性和耐霉菌性等性能。43、 CPU有何性能特点？以液体原料浇注或注射到制品模具中反应固化成型，可以直接制得厚度、体积大的聚氨酯制

52、品及形状复杂的制品；制品综合性能好；可以调节原料的配方组成及用量，获得不同硬度的制品，性能的可调范围大；可采用简单的手工浇注，设备投资小，加工方便；可制造小批量的或单件的制品，灵活性好。44、 什么叫一步法、预聚物法、半预聚物法？各有何特点？一步法：将低聚物多元醇、二异氰酸酯、扩链剂和催化剂等同时混合后直接注入模具中，在一定温度下 固化成型的方法。 特点：此法生产效率高、节省能量、生产成本较低、可用小型浇注机生产、但反应较难控制，所得弹性体分子结构不规整，力学性能不如预聚体法好。（常用于制造低硬度、低模量的制品如印刷胶辊、小型工业实心轮胎、压力传动轮等。）预聚物法：首先将低聚物多元醇与二异氰酸

53、酯进行预聚反应，生成端NCO基的聚氨酯预聚物，浇注时再将预聚物与扩链剂反应，制备聚氨酯弹性体的方法，称之为预聚体法。 特点：预聚体法体系是双组分体系，（一个组分为预聚体，另一组分为扩链剂/交联剂或加有催化剂、防老剂、色料、填料等助剂的混合物。扩链组分有时也称为固化剂。）预聚体法制备聚氨酯弹性体，反应分两步进行，由于采取了预聚步骤，在进行扩链反应时放热低，易于控制，制得的聚氨酯分子链段排列比较规整，制品具有良好的力学性能，重复性也较好。（大多数浇注型弹性体都采用预聚体法制备。） 半预聚物法：将部分多元醇与扩链剂、催化剂等以混合物的形式添加到预聚物中。即：a、配方中多元醇分两部分，一部分与过量异氰

54、酸酯反应合成预聚体，另一部分与扩链剂混合，在浇注时加入。b、半预聚体中游离NCO%较高，一般为12%15%。特点：a、预聚体组分粘度低，可以调节到与固化剂混合组分的粘度相近， b、配比也相近（即混合质量比可为1:1），这不但提高了混合的均匀性，而且也改善了弹性体的某些性能。（该法多用于MDI型浇注弹性体的生产。原因：MDI预聚体粘度较大，制成半预聚体可降低粘度，同时，亦可使常用的二醇扩链剂与MDI的粘度和用量相匹配。并且MDI浇注体系中，存在在预聚体中的过量的MDI气味小，对操作人员毒害小。半预聚体法还适于反应注射成型工艺使用。）45、 影响聚氨酯弹性体性能的主要工艺因素(1)扩链系数（实践表

55、明MOCA的扩链系数以0.850.95范围为宜，在此范围内，缩二脲所形成的一级交联与分子间氢键形成的二级交联之间具有良好的平衡，弹性体具有良好的综合性能。） (2)合成方法（相同配方，不同的合成方法得到的弹性体的性能不同。一般，预聚物法制得的弹性体性能最好，一步法最差。） (3)混合温度及固化温度（浇注型聚氨酯弹性体的浇注工艺可分为热浇注弹性体和室温浇注体系。大多数制品，采用TDI-MOCA热浇注工艺。适当提高熟化反应温度有利于提高制品的力学性能，但提高预聚体与扩链交联剂的混合温度，会使凝胶和凝固期缩短，有时来不及浇注和使搅拌带入的气泡逸出；而且当温度高于120 时，往往又会使弹性体性能下降。

56、） (4)熟化时间的影响 （浇注型聚氨酯弹性体通常在固化之后物理性能并不能马上达到稳定值，一般需经数天时间的后熟化才能达到最终物性值。） (5)预聚体的贮存（由于预聚体中含有活性较大的NCO基团，一般须在氮气的密封桶贮存。长时间存放时，由于各种因素的影响，预聚体的NCO含量会有所降低，故制得或购得预聚体后，最好尽快用于生产，不宜久存） (6)注模时的环境（ 浇注弹性体的物性还受浇注时空气中水分的影响，尤其在夏季高温多温的情况下，制品的强度会因此而大幅度地降低。对于中硬度弹性体的影响较大。浇注时注意空气湿度，可在一定程度上防止物理性能的降低。）46、 NCO/OH(1)之比对材料性能如何影响 -NCO/-OH1 即-NCO基团过量，生成的聚合物端基为异氰酸酯基。 -NCO/-OH1 当异氰酸酯与多元醇均为双官能度时，聚合物分子量无穷大，在泡沫塑料及TPU、CPU、MPU等的制备中，-NCO/-OH值一般控制在1左右，略大于1。 -NCO/-OH 1 即-OH基团过量，生成的聚合物端基为羟基。47、 CPU加工工艺条件及方法(1)手工浇注 适于生产批量小、品种多的小型制品，实验室和小型工厂较为常用的方法。手工浇注简单灵活，成本也低，然而存在