聚氨酯在CASE领域有相当一部分是属于弹性体范畴,弹性体顾名思义就是拥有弹性的材料,如我们比较熟悉的橡胶材料一般都是弹性体,汽车的橡胶轮胎也因为其弹性使得乘坐者更为舒服,我们小时候玩的弹弓也属于弹性体材料。聚氨酯弹性体材料在我们生活中其实也是随处可见的,滑板车的透明轮子几乎都是聚氨酯材料,我们乘坐汽车或火车时起缓冲作用的缓冲块材料目前也是以聚氨酯材料为主的,甚至你也可以在超市买到聚氨酯材料的避孕套,还有很多手机保护膜也是聚氨酯弹性体材料。
聚氨酯弹性体通常根据工艺或固话原理分为热塑和热固两种,热塑工艺的一般会和通用塑料一样造粒后销售,而热固则通常为液体原料经适当工艺后成为玻璃态固体,即弹性体材料。两者最简单的区别为前者可以回收利用,而后者由于化学交联而难以回收。先说热固性弹性体,异氰酸酯以TDI和MDI为主,也有特殊的NDI、TODI及PPDI等,脂肪族由于其力学性能的原因而较少采用。多元醇方面国内目前用聚酯的居多,聚醚相对较少,两者也因为相容性问题一般难以混合使用。固化剂方面TDI体系仍然MOCA居多,不过由于其工艺限制及环保原因,很多场合已不采用MOCA做固化剂,如体育球场类及玩具类,更多的下游会选择二乙基甲苯二胺配合而甲硫基甲苯二胺使用。MDI体系由于本身的结构及活性多数选择醇类做固化剂,常规的如1,4丁二醇、乙二醇及芳环醇类。热塑类弹性体则主要是以MDI为主,配合聚酯或聚醚由BDO来固化的框架配方,硬度越高往往也越耐热,MDI-HQEE及NDI-HQEE的硬段溶解温度相对较高,可达到300℃左右;在成品颗粒中也要适当加入抗氧剂及UV稳定剂来提高最终产品的耐用性。
下面我们再单独讨论下弹性体材料的透明度问题。从分子聚集形态上来看材料想要透明一般尽量破坏其结晶程度成为无定形态,常见玻璃都是透明的,而玻璃正是无定形态聚集;当然若是结晶态,聚合物中晶核或团聚体尺度小于可见光波长也是可以达到透明效果的。很多下游的师傅可能碰到如下情况,在纯树脂配方中,有时候几种不是透明的原料经过合成成型后,出来的制品却是有透明趋势,尤其在没有经过退火或二次硫化的时候。这其实也不难理解,很多原料是单体或低聚物,而聚氨酯弹性体其本质和橡胶是一样的,其弹性属于熵弹性,熵意味着系统的混乱程度,和无定形聚集态是不相违背的,或者说它们两个是一条船上的。常温下为液态或液态为主材料经过一定物理化学连接后或混合后,成为常温下半固体或弹性体的材料,这一相变过程基本属于熵致相变,而不是传统的能致相变;体系虽然发生化学链段的焓变,但其在自由能减小或为负的过程中却不是主导的,低聚物聚醚或者聚酯只是端位出现连接的改变,其骨架确是善始善终;反而是因为混合或部分连接使得体系熵的差值出现更大的变化,从而导致其常温常压的相变,人们习惯称这一过程为熵相变,相应材料也为熵弹性。举个较为具体的例子,在滑板鞋的轮子制品中,蓝星东大的聚醚往往会比美国陶氏化学的聚醚透明效果更好,原因其实也就是我们上面提高的原因,东大的聚醚更容易无定形,而陶氏聚醚由于采用较为专一或匹配的催化体系,其2000分子量或3000等的聚醚聚合度及官能度更具有规律性或更准确接近理论,在力学机械性能方面这是有利的;而在光学方面却降低了无定形程度,使得制品最终聚集状态或多或少的存在更多的微晶,使得轮子的透明程度反而不如东大的聚醚;东大用传统的KOH体系催化,和熵值及无定形比陶氏更一条船。所以在很多时候要看具体的应用,而下游的技术改进及创新也并非一直实验就能出成果,国内的老板也更喜欢抄袭而不愿意研发,一部分是相关商务环境及法律的不完善,但更多的是下游细节和理论结合过程漫长,加之国人又喜欢1块钱买10块钱的性价比,路漫漫其修远兮,我们先积累技术吧。
同理为了透明效果,用MDI50会比MDI100效果好,相应的T80比T100更容易实现透明,也更好的熵弹性。