随着多元醇氨酯(PU)应用领域的不断拓展和人们环保意识的不断提高,研发环保型PU材料成为国内外研究的热点。
本文重点介绍了PU树脂在环保方面的应用和研究,涵盖PU弹性体、PU涂料和PU胶粘剂等三大领域。
PU弹性体,又称为PU橡胶,属于特种合成橡胶。
从分子结构上分析,PU弹性体是一种嵌段型聚合物,包含氨酯基团,以其"高耐磨性"而闻名。
传统上,根据PU弹性体的加工特性,将其分为浇注型(CPU)、热塑型(TPU)和混炼型(MPU)三大类,广泛应用于工业、农业、军事、交通和医疗等领域,需求量巨大。
随着国民经济的持续发展和社会科技的进步,环境保护逐渐成为共识,环保型PU弹性体的应用和研究也取得了显着进展。
普通橡胶轮胎的胎面需要加入炭黑和具有致癌作用的芳烃油,这些物质会随着轮胎磨损而释放到空气中,对环境造成严重污染。
采用PU材料翻新的轮胎可以大量减少炭黑和芳烃油对环境的污染,同时,实际行驶里程比普通轮胎高出1～2倍,成为提升翻新轮胎性能的新途径。
其优势包括:
胎面材料不含毒性填充油;
不含炭黑,胎面磨损时能保持环境清洁;
可完全生物降解,不会导致环境污染;
滚动阻力低,可节省汽车燃油消耗;
与普通天然橡胶轮胎相比,具有优良的耐溶剂油、耐燃油和耐化学药品性能,并能降低轮胎损耗率。
华南理工大学的张海等人采用：
制备三氯异氰脲酸表面处理剂和羟基PU粘合剂;
根据胎体的完好程度和胎面磨损程度,选择不同的胎面浇注方式。
其浇注方式分为两类:一类是翻新轮胎直接浇注;另一类是预硫化胎面的浇注,后者又分为全PU预硫化胎面浇注和PU/普通橡胶复合预硫化胎面浇注两种。
目前已研发出一种翻新轮胎技术,具有质量好、寿命长、污染少且具有极佳的社会效益和经济效益。
此外,华南理工大学与广州百川控制有限公司合作已将PU翻新轮胎技术应用于实际生产中。
在国外,AmerityreCorporation宣布其PU翻新卡车轮胎的独立实验室和实地测试得出肯定结论:由Amerityre开发的胎面翻新工艺(即将PU胎面应用于橡胶外胎),无需压力或硫化过程,胎面即可"牢固"地附着在轮胎上。
还有报道称,PU翻新轮胎的关键技术是采用纳米技术提高PU弹性体的热稳定性(使其最高使用温度达到120℃),并已研发出成本低廉、使用方便、效果好且污染少的橡胶表面处理剂和粘合剂,使PU胎面与普通橡胶能牢固地粘合在一起。
浇注型PU弹性体是目前最耐磨的弹性体,具有高耐磨、可着色、高抗扎、优良的耐油及耐化学品等优点。
但在PU轮胎研究过程中发现,PUPU跑道材料的发展与趋势
传统单组分PU跑道
早期国内市场上的PU跑道多采用单组分湿固化型，具有较高的经济性。该类型跑道释放的游离TDI浓度较高，对健康有害，尤其对学校体育场地而言，会严重影响师生的身体健康。
环保型PU跑道
随着环保意识增强，人们逐渐淘汰了会释放有毒物质的单组分PU跑道。目前的研究方向集中在开发不含游离-NCO基团、无溶剂、无臭味、无污染和低成本的PU跑道材料。
纳米PU塑胶
中国科学院化学研究所研发出纳米PU塑胶专利技术，可用于体育和公共设施等场所的新型PU弹性体材料，具有优异的环保和性能指标。
PU革的替代品
PU革作为天然皮革的替代品，广泛用于服装、制鞋等领域。传统PU革生产过程中使用的有机溶剂型PU树脂具有有害性，对环境造成严重污染。
环保型PU革
各国政府高度重视环保型PU革的发展。美国、意大利、日本等国家已淘汰溶剂型PU树脂产品，改用水性环保型PU树脂。我国作为世贸组织成员国，亟需生产无公害产品，消除国际贸易壁垒。
高固含量PU树脂
环保型PU合成革主要采用水性树脂、高固含量树脂及TPU等材料生产。其中，高固含量树脂仅含少量溶剂，生产过程中对环境影响小。
水性PU合成革
水性PU合成革最终将全面取代溶剂型PU产品，从根本上解决健康和环境污染问题。中国科技大学对水性PU合成革浆料进行了研究，制备了各种规格的产品。
最新的高分子合金技术已经成功解决了脂肪族异氰酸酯硬度不足的挑战，使得薄膜具有更好的耐水性和耐磨性。特别是在硬度指标方面，已经达到甚至超过了溶剂型PU的国家标准。
温州寰宇高分子材料有限公司采用水作为溶剂，替代了DMF、MEK等有毒溶剂。在不改变薄膜特性和功能的前提下，成功开发出了国内首个环保型PU合成革树脂产品。这些产品具有不燃、无毒和无污染的特点，并且提高了透气性和耐磨性。
一些科研人员在合成过程中有针对性地添加特定物质，以生产对人体有益、对环境无害的相关产品。例如，孟宪鸿等人选择将奇冰石超细粉末作为无机填料，添加到PU树脂中制成负离子合成革。这种革制品在使用过程中会持续释放空气负离子，对人体健康有益，可广泛用于服装、家居装饰和汽车内饰等领域。
PU树脂是PU涂料的主要成膜物质。
根据现代环保法规对挥发性有机化合物(VOC)排放的限制要求，PU涂料必须解决两个技术难题：一是最大限度减少溶剂用量，降低涂料的VOC含量，即开发高固体含量、水性和无溶剂涂料；二是减少PU固化剂中游离的二异氰酸酯单体含量，即开发高性能无毒的固化剂。
水性PU涂料以其无毒、不易燃烧、无污染、节能、安全可靠以及不易擦伤被涂饰表面等优点而备受关注。加之溶剂价格的上涨，使其成为PU涂料发展中最引人注目的方向之一，其研究与应用均得到了迅速发展。
目前全球水性PU树脂的年产量约为5～6万吨，并且以相当快的速度持续增长。水性PU涂料是其中一个非常重要的组成部分。
自1992年以来，水性PU的年平均增长率为8%，并且出现了一系列工业化产品，成功应用于皮革涂饰、汽车涂料等领域。
水性PU主要分为单组分和双组分水性PU。
单组分水性PU涂料通常是低相对分子质量或低交联度的产品，其耐化学品性和耐溶剂性能较差。通常会采用引入反应基团进行交联改性。
双组分水性PU涂料包括两个组分：含活性