月桂酸鉍催化合成聚氨酯及聚氨酯纖維研究進展

周言

摘 要 綜述了實驗室月桂酸鉍催化合成聚氨酯，分析了聚氨酯纖維的機械特性，總結了聚氨酯纖維的應用前景。

關鍵詞 聚氨酯 聚氨酯纖維 月桂酸鉍

21世紀，高分子材料的研究進入了合成纖維的新時代。其中研究最深、種類繁多和應用最廣的便是橡膠纖維。小到日常生活中的膠制產品，大到航天的高性能耐溫耐壓材料的研發。聚氨酯（PUR）是一類應用非常廣泛的嵌段高聚物，已成為當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用于家具、汽車、筑、紡織、醫療、包裝等領域，尤其是結合仿生學推廣到紡織品工業。目前，聚氨酯是在胺類、金屬有機化合物類為催化劑下進行加速聚合反應制備的，尤其是有機鉍類因無毒以及環保，更是得到了廣泛應用。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驗

實驗藥品

月桂酸鉍：工業級；

聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇（PBA）：工業級；

4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）：工業級；

1，4-丁二醇（BDO）：分析純；

主要儀器

真空干燥箱；

減壓抽濾機；

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，加入計量的月桂酸鉍（以PBA的質量為基準），升溫至120℃，當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，當聚合反應體系達到飽和時，停止攪拌，將膠液倒入已預熱的蒸發皿中，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、月桂酸鉍對聚氨酯的催化活性

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

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

三、聚氨酯纖維的應用與發展

1、聚氨酯纖維應用

聚氨酯具有極好的伸縮彈性，伸度可達450%～700%，松弛后又可迅速恢復原狀，具有柔軟舒適感。由其合成的聚氨酯纖維可廣泛應用于紡織品工業。生物學家發現，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；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原理：在接縫處模仿人類的肌腱，為運動員向后劃水時提供動力；在布料上模仿人類的皮膚，富有彈性。實驗表明，聚氨酯纖維可以減少3%水的阻力，這在1%秒就能決定勝負的游泳比賽中有著非凡意。

2、聚氨酯纖維的發展趨勢

聚氨酯纖維在“鯊魚皮”泳衣的成功應用，導致了聚氨酯彈性纖維的市場需求不斷增長，其發展呈現以下趨勢：

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

（2）合成、紡絲、織造和染整技術的進步使得聚氨酯彈性纖維同其它差別化纖維相結合，發展高附加值精細產品。

（3）聚氨酯彈性纖維用于經彈燈芯絨或非織造布的開發也很有前途。

四、結論

月桂酸鉍作為新一代綠色有機金屬催化劑，在溫和條件下實現聚氨酯催化聚合反應中的活化，表現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活性，符合綠色聚合反應的要求。目前，聚氨酯纖維的研究開發應用主要集中于日常生活的產品需求，而對高檔、高質的產品的研究還不夠深入。研究新型有機催化劑來催化、提高聚氨酯的物化特性來實現聚氨酯纖維更為廣泛的應用，是未來聚氨酯開發研究方向及新型催化劑的突破口。

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