月桂酸鉍催化合成聚氨酯及聚氨酯纖維研究進(jìn)展

周言

摘 要 綜述了實(shí)驗(yàn)室月桂酸鉍催化合成聚氨酯，分析了聚氨酯纖維的機(jī)械特性，總結(jié)了聚氨酯纖維的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 聚氨酯 聚氨酯纖維 月桂酸鉍

21世紀(jì)，高分子材料的研究進(jìn)入了合成纖維的新時(shí)代。其中研究最深、種類繁多和應(yīng)用最廣的便是橡膠纖維。小到日常生活中的膠制產(chǎn)品，大到航天的高性能耐溫耐壓材料的研發(fā)。聚氨酯（PUR）是一類應(yīng)用非常廣泛的嵌段高聚物，已成為當(dāng)今世界五大高分子合成材料之一。由其合成的聚氨酯纖維可廣泛應(yīng)用于家具、汽車、筑、紡織、醫(yī)療、包裝等領(lǐng)域，尤其是結(jié)合仿生學(xué)推廣到紡織品工業(yè)。目前，聚氨酯是在胺類、金屬有機(jī)化合物類為催化劑下進(jìn)行加速聚合反應(yīng)制備的，尤其是有機(jī)鉍類因無毒以及環(huán)保，更是得到了廣泛應(yīng)用。本文主要探討月桂酸鉍在聚氨酯合成中的催化特性。

一、月桂酸鉍催化合成聚氨酯

月桂酸鉍催化合成聚氨酯實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)藥品

月桂酸鉍：工業(yè)級(jí)；

聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇（PBA）：工業(yè)級(jí)；

4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）：工業(yè)級(jí)；

1，4-丁二醇（BDO）：分析純；

主要儀器

真空干燥箱；

減壓抽濾機(jī)；

油浴鍋；

磁力攪拌器；

真空N2罐；

聚氨酯的制備

將脫水的PBA加入三口瓶中，加熱至PBA完全溶解后開始攪拌，加入計(jì)量的月桂酸鉍（以PBA的質(zhì)量為基準(zhǔn)），升溫至120℃，當(dāng)月桂酸鉍完全溶解于PBA后，再加入BDO，待體系完全混合均勻后，降溫至90～95℃，加入MDI，快速攪拌，當(dāng)聚合反應(yīng)體系達(dá)到飽和時(shí)，停止攪拌，將膠液倒入已預(yù)熱的蒸發(fā)皿中，在120～130℃的烘箱中烘烤5h左右，室溫放置4～5天，即可制得聚氨酯彈性體。

二、月桂酸鉍對(duì)聚氨酯的催化活性

在聚氨酯的聚合反應(yīng)過程中，使用轉(zhuǎn)速數(shù)顯型攪拌器。研究表明：功率一定時(shí)，攪拌器轉(zhuǎn)速與聚合反應(yīng)體系粘度成反比，因此根據(jù)攪拌器轉(zhuǎn)速大小可間接推算聚合反應(yīng)體系粘度，由秒表記錄聚合反應(yīng)體系從加料開始反應(yīng)起至達(dá)到攪拌器設(shè)定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，依此確定月桂酸鉍的催化活性。月桂酸鉍的用量對(duì)聚氨酯聚合反應(yīng)催化特性影響，如表1所示：

由表1可知：月桂酸鉍對(duì)聚氨酯的聚合反應(yīng)有明顯的催化效果，當(dāng)其用量為0.04%時(shí)，可使反應(yīng)時(shí)間由原來的4min降至2min，反應(yīng)時(shí)間縮短一半；月桂酸鉍用量對(duì)聚氨酯的硬度影響不大，但對(duì)聚氨酯的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率有一定影響—硬度和終粘剝離強(qiáng)度略有增加、斷裂伸長率略有下降。

三、聚氨酯纖維的應(yīng)用與發(fā)展

1、聚氨酯纖維應(yīng)用

聚氨酯具有極好的伸縮彈性，伸度可達(dá)450%～700%，松弛后又可迅速恢復(fù)原狀，具有柔軟舒適感。由其合成的聚氨酯纖維可廣泛應(yīng)用于紡織品工業(yè)。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鯊魚皮膚表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周圍的水流更高效地流過，鯊魚得以快速游動(dòng)；鯊魚皮泳衣的超伸展纖維表面—聚氨酯纖維，便是完全仿造鯊魚皮膚表面制成的；此外，聚氨酯纖維泳衣還充分融合了仿生學(xué)原理：在接縫處模仿人類的肌腱，為運(yùn)動(dòng)員向后劃水時(shí)提供動(dòng)力；在布料上模仿人類的皮膚，富有彈性。實(shí)驗(yàn)表明，聚氨酯纖維可以減少3%水的阻力，這在1%秒就能決定勝負(fù)的游泳比賽中有著非凡意。

2、聚氨酯纖維的發(fā)展趨勢

聚氨酯纖維在“鯊魚皮”泳衣的成功應(yīng)用，導(dǎo)致了聚氨酯彈性纖維的市場需求不斷增長，其發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢：

（1）新品種不斷涌現(xiàn)，例如耐氯、耐水解性能優(yōu)異的氨綸新產(chǎn)品，耐熱性氨綸纖維，耐潮、耐霉菌的氨綸纖維，在低溫下彈性回復(fù)好的氨綸纖維。

（2）合成、紡絲、織造和染整技術(shù)的進(jìn)步使得聚氨酯彈性纖維同其它差別化纖維相結(jié)合，發(fā)展高附加值精細(xì)產(chǎn)品。

（3）聚氨酯彈性纖維用于經(jīng)彈燈芯絨或非織造布的開發(fā)也很有前途。

四、結(jié)論

月桂酸鉍作為新一代綠色有機(jī)金屬催化劑，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)聚氨酯催化聚合反應(yīng)中的活化，表現(xiàn)出較高的催化活性和選擇性，大大降低了聚氨酯聚合過程中的三廢、能耗和提高聚氨酯力學(xué)活性，符合綠色聚合反應(yīng)的要求。目前，聚氨酯纖維的研究開發(fā)應(yīng)用主要集中于日常生活的產(chǎn)品需求，而對(duì)高檔、高質(zhì)的產(chǎn)品的研究還不夠深入。研究新型有機(jī)催化劑來催化、提高聚氨酯的物化特性來實(shí)現(xiàn)聚氨酯纖維更為廣泛的應(yīng)用，是未來聚氨酯開發(fā)研究方向及新型催化劑的突破口。

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