月桂酸铋催化合成聚氨酯及聚氨酯纤维研究进展

周言

摘 要 综述了实验室月桂酸铋催化合成聚氨酯，分析了聚氨酯纤维的机械特性，总结了聚氨酯纤维的应用前景。

关键词 聚氨酯 聚氨酯纤维 月桂酸铋

21世纪，高分子材料的研究进入了合成纤维的新时代。其中研究最深、种类繁多和应用最广的便是橡胶纤维。小到日常生活中的胶制产品，大到航天的高性能耐温耐压材料的研发。聚氨酯（PUR）是一类应用非常广泛的嵌段高聚物，已成为当今世界五大高分子合成材料之一。由其合成的聚氨酯纤维可广泛应用于家具、汽车、筑、纺织、医疗、包装等领域，尤其是结合仿生学推广到纺织品工业。目前，聚氨酯是在胺类、金属有机化合物类为催化剂下进行加速聚合反应制备的，尤其是有机铋类因无毒以及环保，更是得到了广泛应用。本文主要探讨月桂酸铋在聚氨酯合成中的催化特性。

一、月桂酸铋催化合成聚氨酯

月桂酸铋催化合成聚氨酯实验

实验药品

月桂酸铋：工业级；

聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇（PBA）：工业级；

4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）：工业级；

1，4-丁二醇（BDO）：分析纯；

主要仪器

真空干燥箱；

减压抽滤机；

油浴锅；

磁力搅拌器；

真空N2罐；

聚氨酯的制备

将脱水的PBA加入三口瓶中，加热至PBA完全溶解后开始搅拌，加入计量的月桂酸铋（以PBA的质量为基准），升温至120℃，当月桂酸铋完全溶解于PBA后，再加入BDO，待体系完全混合均匀后，降温至90～95℃，加入MDI，快速搅拌，当聚合反应体系达到饱和时，停止搅拌，将胶液倒入已预热的蒸发皿中，在120～130℃的烘箱中烘烤5h左右，室温放置4～5天，即可制得聚氨酯弹性体。

二、月桂酸铋对聚氨酯的催化活性

在聚氨酯的聚合反应过程中，使用转速数显型搅拌器。研究表明：功率一定时，搅拌器转速与聚合反应体系粘度成反比，因此根据搅拌器转速大小可间接推算聚合反应体系粘度，由秒表记录聚合反应体系从加料开始反应起至达到搅拌器设定转速的时间，依此确定月桂酸铋的催化活性。月桂酸铋的用量对聚氨酯聚合反应催化特性影响，如表1所示：

由表1可知：月桂酸铋对聚氨酯的聚合反应有明显的催化效果，当其用量为0.04%时，可使反应时间由原来的4min降至2min，反应时间缩短一半；月桂酸铋用量对聚氨酯的硬度影响不大，但对聚氨酯的拉伸强度、断裂伸长率有一定影响—硬度和终粘剥离强度略有增加、断裂伸长率略有下降。

三、聚氨酯纤维的应用与发展

1、聚氨酯纤维应用

聚氨酯具有极好的伸缩弹性，伸度可达450%～700%，松弛后又可迅速恢复原状，具有柔软舒适感。由其合成的聚氨酯纤维可广泛应用于纺织品工业。生物学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游动；鲨鱼皮泳衣的超伸展纤维表面—聚氨酯纤维，便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的；此外，聚氨酯纤维泳衣还充分融合了仿生学原理：在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提供动力；在布料上模仿人类的皮肤，富有弹性。实验表明，聚氨酯纤维可以减少3%水的阻力，这在1%秒就能决定胜负的游泳比赛中有着非凡意。

2、聚氨酯纤维的发展趋势

聚氨酯纤维在“鲨鱼皮”泳衣的成功应用，导致了聚氨酯弹性纤维的市场需求不断增长，其发展呈现以下趋势：

（1）新品种不断涌现，例如耐氯、耐水解性能优异的氨纶新产品，耐热性氨纶纤维，耐潮、耐霉菌的氨纶纤维，在低温下弹性回复好的氨纶纤维。

（2）合成、纺丝、织造和染整技术的进步使得聚氨酯弹性纤维同其它差别化纤维相结合，发展高附加值精细产品。

（3）聚氨酯弹性纤维用于经弹灯芯绒或非织造布的开发也很有前途。

四、结论

月桂酸铋作为新一代绿色有机金属催化剂，在温和条件下实现聚氨酯催化聚合反应中的活化，表现出较高的催化活性和选择性，大大降低了聚氨酯聚合过程中的三废、能耗和提高聚氨酯力学活性，符合绿色聚合反应的要求。目前，聚氨酯纤维的研究开发应用主要集中于日常生活的产品需求，而对高档、高质的产品的研究还不够深入。研究新型有机催化剂来催化、提高聚氨酯的物化特性来实现聚氨酯纤维更为广泛的应用，是未来聚氨酯开发研究方向及新型催化劑的突破口。

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