聚氨酯（Polyurethane，简称PU或PUR）是一类由异氰酸酯（通常带有多个 -NCO 基团）与多元醇（带有多个 -OH 基团）通过加成聚合反应形成的主链上含有重复的氨基甲酸酯基团（-NH-COO-）的高分子聚合物的总称。它并非单一化合物，而是一个极其多样化的聚合物家族，其性能和应用范围之广，使其成为现代生活中最重要的合成材料之一。

核心特点与优势

1. 性能高度可调： 这是聚氨酯最核心的优势。通过选择不同类型、分子量、官能度的异氰酸酯和多元醇，调整它们的比例（NCO/OH 指数），添加不同的助剂（催化剂、发泡剂、扩链剂、交联剂、填料、阻燃剂、颜料等），以及改变加工工艺，可以精确地设计和制造出性能截然不同的材料：

• 从极软到极硬： 如软质泡沫（沙发、床垫）、硬质泡沫（冰箱保温层）、弹性体（鞋底、轮胎）。

• 从高弹性到高刚性： 如弹性纤维（氨纶）、工程塑料（齿轮、轴承）。

• 从亲水性到疏水性： 应用于不同环境。

• 从热塑性到热固性： 满足不同加工和回收需求。

2. 优异的综合性能：

• 耐磨性： 非常突出，常用于鞋底、传送带、滚轮、密封件等。

• 弹性与回弹性： 软质泡沫和弹性体具有优异的缓冲和吸震性能。

• 力学强度： 硬质泡沫和工程塑料具有较高的强度和刚性。

• 粘接性： 对多种基材（金属、木材、塑料、织物、混凝土等）都有良好的粘接力，是优秀粘合剂和密封胶的基础。

• 耐油耐溶剂性： 一般较好。

• 耐低温性： 低温下不易变脆，性能保持良好。

• 加工适应性： 可通过浇注、喷涂、挤出、模压、反应注射成型等多种方式加工。

3. 出色的隔热隔音性： 闭孔结构的硬质聚氨酯泡沫是已知最有效的绝热保温材料之一，广泛应用于建筑、冷链、管道保温等领域。软泡也具有良好的吸音效果。

4. 耐用性： 在合理配方和环境下，具有良好的耐老化性能（需添加稳定剂）。

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主要原料

1. 异氰酸酯：

• 芳香族： TDI（甲苯二异氰酸酯） - 主要用于软泡、涂料、胶粘剂； MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯） - 应用最广，用于软泡、硬泡、弹性体、涂料、胶粘剂； PAPI（多亚甲基多苯基多异氰酸酯） - 主要用于硬泡、胶粘剂。

• 脂肪族/脂环族： HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）、HMDI（二环己基甲烷二异氰酸酯）等 - 主要用于要求耐黄变、耐候性好的涂料、胶粘剂、弹性体（如透明鞋底）。

2. 多元醇：

• 聚醚多元醇： 由环氧乙烷、环氧丙烷等开环聚合制得，分子量较高，柔韧性好，耐水解，成本较低，用量最大（尤其软泡、硬泡、部分弹性体）。

• 聚酯多元醇： 由二元酸（如己二酸）与二元醇（如乙二醇、丁二醇）缩聚制得，力学强度、耐磨性、耐热性、耐油性通常优于聚醚型，但耐水解性较差（用于高性能弹性体、涂料、胶粘剂、鞋底等）。

• 其他： 聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇等（用于特殊高性能应用）。

3. 助剂：

• 催化剂： 加速反应（胺类如三亚乙基二胺、金属有机化合物如辛酸亚锡/二月桂酸二丁基锡）。

• 发泡剂： 产生气泡（物理发泡剂如HCFC/HFC/HFO类、环戊烷、水（与异氰酸酯反应产生CO₂）；化学发泡剂）。

• 扩链剂与交联剂： 调节分子链长度和交联密度（小分子二醇如乙二醇、丁二醇、胺类如MOCA）。

• 表面活性剂（匀泡剂）： 稳定泡沫结构，控制泡孔大小和均匀性。

• 阻燃剂： 提高材料的阻燃性能（添加型或反应型）。

• 填料： 降低成本、改善性能（碳酸钙、滑石粉等）。

• 颜料： 赋予颜色。

• 抗氧剂、光稳定剂： 提高耐候性和使用寿命。

• 脱模剂： 便于制品脱模。

主要形态与应用领域

1. 聚氨酯泡沫： 占据聚氨酯总消费量的最大份额。

• 软质泡沫： 开孔结构，质轻、柔软、高回弹、吸音缓冲。主要应用：家具垫材（沙发、床垫）、汽车座椅与内饰、吸音材料、包装材料、地毯背衬、服装衬里、清洁海绵等。

• 硬质泡沫： 闭孔结构，质轻、强度高、绝热保温性能极佳。主要应用：建筑墙体/屋顶/冷库保温板、冰箱冰柜绝热层、管道保温、冷藏集装箱、太阳能热水器保温层、仿木材料（合成木材）等。

• 半硬质泡沫： 介于软硬之间，具有吸能特性。主要应用：汽车仪表板、保险杠内衬、自行车/摩托车坐垫、包装防撞材料等。

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2. 聚氨酯弹性体：

• 浇注型聚氨酯弹性体： 液态原料浇注入模腔反应成型。耐磨性极佳、力学强度高、耐油耐撕裂、承载能力强。主要应用：工业滚轮（叉车轮、传送辊）、筛板筛网、密封件、油封、耐磨衬里、实心轮胎、鞋底（尤其高端工作鞋/靴）、体育器材（滑轮、滑板轮）、模具垫板、人工合成轨道等。

• 热塑性聚氨酯弹性体： 具有热塑性加工性（可注塑、挤出、吹塑）和橡胶般的弹性。耐磨、透明/可着色、耐油、柔韧。主要应用：电线电缆护套、软管、薄膜片材、手机保护套、运动器材手柄、鞋材（尤其运动鞋中底/大底/部件）、汽车部件（防尘罩、垫圈）、医疗器械、3D打印线材等。

• 混炼型聚氨酯弹性体： 类似橡胶，需混炼硫化。应用相对较少，用于特殊密封件等。

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3. 聚氨酯涂料：

• 性能优异：耐磨、耐腐蚀、耐化学品、装饰性好、附着力强、可调配高光/哑光/特殊效果。

• 类型多样：双组分溶剂型、双组分无溶剂/高固含、单组分潮气固化型、水性聚氨酯、UV固化聚氨酯等。

• 主要应用：木器漆（家具、地板）、工业防腐漆（钢结构、储罐、管道、船舶、桥梁）、汽车涂料（原厂漆、修补漆）、塑料涂料、地坪漆、防水涂料、皮革涂料等。

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4. 聚氨酯胶粘剂与密封胶：

• 优点：粘接强度高、适用范围广（多孔/无孔材料）、柔韧性好、耐低温、耐老化（配方得当）。

• 类型：双组分反应型、单组分湿固化型、热熔型、水性型等。

• 主要应用：汽车制造（挡风玻璃粘接、结构粘接）、鞋业（鞋底粘接）、建筑（幕墙结构粘接密封、中空玻璃密封、门窗安装密封）、包装（复合薄膜层压）、木材加工、电子电器灌封密封等。

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5. 聚氨酯纤维：

• 主要指氨纶（Spandex, Lycra），具有极高的弹性回复率（可拉伸至原长的5-8倍并几乎完全恢复）。

• 应用：几乎所有的弹性织物领域：内衣、泳衣、运动服、袜子、牛仔裤、医用绷带等。通常与其他纤维（棉、涤纶、锦纶）混纺或包芯使用。

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6. 其他应用：

• 密封件与垫圈： 利用其弹性和耐磨性。

• 医疗器械： 人造血管、导管、心脏辅助装置（需生物相容性级别）。

• 合成革/人造革： 作为表面涂层或微孔层（PU革）。

• 粘弹性阻尼材料： 减震降噪。

• 铺装材料： 塑胶跑道、球场。

• 灌封与封装材料： 保护电子元件。

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环境、健康与安全考量

• 异氰酸酯： 主要原料异氰酸酯（特别是TDI、MDI单体）具有毒性和刺激性（呼吸道、皮肤、眼睛），操作时需严格防护（通风、个人防护装备PPE）。固化后产品中残留单体极少，一般安全。

• 溶剂： 溶剂型产品（涂料、胶粘剂）含有挥发性有机化合物，需关注VOC排放。

• 阻燃剂： 部分传统阻燃剂（如卤系）存在环境风险，正逐步向无卤阻燃发展。

• 回收： 聚氨酯回收是挑战。方法包括：物理回收（粉碎再利用于低端产品）、化学回收（醇解、胺解、热解等裂解成原料或单体）、能量回收（焚烧）。生物基聚氨酯的发展也旨在提高可持续性。

• 生物稳定性： 大多数聚氨酯不易被微生物降解，属于持久性材料。可生物降解聚氨酯是研究热点。

市场与发展趋势

• 聚氨酯是全球消费量巨大的合成材料之一，市场持续增长，尤其在亚太地区。

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• 发展趋势

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• 环保化： 水性、无溶剂、高固含、UV固化技术的推广；生物基原料（如蓖麻油基多元醇）的应用；无卤阻燃；更高效的回收技术。

• 高性能化： 开发更高强度、更高耐热、更耐磨、更耐候、功能化（如导电、自修复）的聚氨酯材料。

• 应用领域拓展： 在新能源（风电叶片芯材、电池包保温/密封）、生物医疗、3D打印、电子封装等新兴领域的应用开发。

聚氨酯是一种性能极其多样、应用极其广泛的“万能”高分子材料。其核心在于通过灵活的化学配方设计，可以制造出从柔软的海绵到坚硬的塑料、从弹性纤维到强力胶水、从防水涂料到高效保温材料的各种产品，深刻影响着我们日常生活的方方面面（家居、出行、穿着、建筑、工业）。随着环保和高性能需求的不断提升，聚氨酯技术也在持续向着更绿色、更先进的方向发展。