聚氨酯增硬剂，在不牺牲韧性的前提下提高材料硬度，保持良好的抗冲击性

各位朋友们，晚上好！

欢迎大家来到今天的“聚氨酯增硬不增脆：鱼与熊掌如何兼得？”讲座现场。我是老王，在化工这行摸爬滚打也有些年头了，今天就跟大家伙儿聊聊这聚氨酯增硬剂，这可是个既实用又有点意思的小东西。

话说这聚氨酯啊，那可是个多面手，软硬皆施，应用范围那是相当的广泛，从咱们脚下的鞋底到头顶上的汽车内饰，甚至医疗器械，航天材料，都能看到它的身影。但是呢，这聚氨酯也不是万能的，有时候我们需要它硬一点，再硬一点，好能像钢铁侠的战甲一样坚不可摧，但是呢，又不能像脆饼干一样一掰就碎，还要保证它具有良好的韧性和抗冲击性，这时候，增硬剂就该闪亮登场了！

一、聚氨酯：软妹子的百变人生

在深入探讨增硬剂之前，咱们先来简单了解一下聚氨酯这位“软妹子”。聚氨酯是一种高分子材料，是由异氰酸酯和多元醇反应生成的，通过调整原料的种类和比例，可以得到各种各样性能的聚氨酯。它就像一个天生的演员，既可以扮演柔软舒适的海绵，也可以扮演坚固耐用的涂料，还能扮演高回弹的弹性体。

• 软泡聚氨酯： 舒适的床垫、沙发垫，柔软贴身，让你一躺下就不想起来。
• 硬泡聚氨酯： 家用冰箱的保温层，给食物提供一个温暖的港湾。
• 弹性体聚氨酯： 汽车轮胎、密封件，经受风吹日晒，依然坚守岗位。
• 涂料聚氨酯： 地板漆、家具漆，光亮耐磨，为生活增添色彩。

二、硬度：我们想要的，不仅仅是硬！

咱们今天要说的“硬度”，可不是指“硬着头皮”的硬，而是指材料抵抗局部塑性变形或断裂的能力。硬度越高，材料表面就越不容易被划伤或压入。

• 硬度很重要吗？ 当然重要！想象一下，如果你家的地板漆硬度不够，熊孩子一拖玩具，就留下道道划痕，那得多心疼啊！

但是！硬度并不是越高越好。如果只追求硬度，而忽略了韧性和抗冲击性，那材料就会变得很脆，稍微受到一点冲击就可能断裂。这就好比一个肌肉发达的壮汉，如果缺乏柔韧性，一不小心也会闪到腰。

所以，我们的目标是：在不牺牲韧性的前提下，提高聚氨酯的硬度，同时保持良好的抗冲击性。 这就像是要鱼与熊掌兼得，听起来是不是有点难？

三、增硬剂：化腐朽为神奇的魔法棒

增硬剂，顾名思义，就是用来提高材料硬度的添加剂。 它们就像是魔法棒，轻轻一点，就能让聚氨酯“脱胎换骨”，变得更加坚硬耐用。但是，不同的增硬剂，其作用机理和效果也不尽相同。

增硬剂的工作原理通常涉及到以下几个方面：

1. 增加交联密度： 聚氨酯分子之间通过化学键连接在一起，形成一个三维网络结构。增加交联密度，可以使这个网络结构更加紧密，从而提高材料的硬度和强度。

2. 引入刚性基团： 在聚氨酯分子链中引入一些刚性基团，可以限制分子链的运动，从而提高材料的硬度。

3. 形成微相分离： 通过控制聚氨酯的配方和工艺，使其形成微相分离结构，将硬段相和软段相分离，从而提高材料的硬度和韧性。

常见的增硬剂主要有以下几类：

• 小分子多元醇： 如乙二醇、丙三醇等，可以增加聚氨酯的交联密度，提高硬度。

  

  • 小分子多元醇： 如乙二醇、丙三醇等，可以增加聚氨酯的交联密度，提高硬度。

  • 芳香族二胺类扩链剂： 如MOCA、DETDA等，可以引入刚性苯环结构，提高硬度和耐热性。

  • 无机填料： 如二氧化硅、碳酸钙等，可以提高聚氨酯的硬度和耐磨性，同时还可以降低成本。

  • 聚合物多元醇（POP）： POP 通过接枝丙烯腈、苯乙烯等单体到聚醚多元醇上，形成具有较高玻璃化转变温度（Tg）的粒子相，从而提高聚氨酯的硬度。

  四、增硬剂的选择：对症下药，方能药到病除

  选择合适的增硬剂，就像是医生给病人开药，要对症下药，才能药到病除。不同的聚氨酯应用领域，对硬度、韧性、抗冲击性等性能的要求也不同，因此需要根据具体情况选择合适的增硬剂。

  下面咱们来分析一些常用的增硬剂的特点以及适用场景，通过表格的形式更清晰的展示出来，方便大家参考：

  增硬剂类型	主要作用	优点	缺点	适用场景
  小分子多元醇	增加交联密度	提高硬度、成本低廉	容易导致脆性增加	对硬度要求不高，韧性要求高的场合，可以少量添加。
  芳香族二胺类扩链剂	引入刚性苯环结构	提高硬度、耐热性、耐溶剂性	可能存在毒性问题，某些品种会使材料颜色变深	对硬度、耐热性要求较高，同时对耐溶剂性也有要求的场合，如汽车涂料、工业涂料等。
  无机填料	提高硬度、耐磨性，降低成本	来源广泛、成本低廉、可以改善某些物理性能，如耐磨性、尺寸稳定性	容易导致分散不均匀，影响材料的透明度和光泽度，大量添加会降低韧性	对成本要求较高，对透明度和光泽度要求不高的场合，如建筑材料、低端制品。
  聚合物多元醇（POP）	形成微相分离结构	在提高硬度的同时，能较好地保持韧性和抗冲击性，可以灵活调整硬度与韧性的平衡	成本相对较高，需要选择合适型号的POP，以保证其与聚氨酯体系的相容性	需要兼顾硬度、韧性和抗冲击性，并且对材料的透明度和光泽度有一定要求的场合，如高性能弹性体、汽车内饰件、运动器材等。
  聚碳化二亚胺类增硬剂	与聚酯多元醇反应生成脲基甲酸酯，具有优异的耐水解性、耐高温、耐溶剂、耐候性	耐黄变性优异，提高硬度和耐水解性、耐高温性	成本较高，添加量需严格控制，添加过多会影响材料的韧性	用于TPU鞋材，TPU电线电缆料，TPU薄膜，TPU热熔胶，TPU汽车配件等，对性能要求高，耐久性要求高的领域

  举个例子：

  • 如果你想提高鞋底的耐磨性，可以考虑添加一些二氧化硅或碳酸钙。
  • 如果你想提高汽车内饰件的硬度和耐热性，可以考虑添加一些芳香族二胺类扩链剂或POP。
  • 如果你想提高高性能弹性体的硬度，同时又要保持良好的韧性和抗冲击性，POP绝对是不二之选。

  五、增硬剂的使用：细节决定成败

  增硬剂的使用，可不是简单的“一股脑”倒进去就完事了，这其中可是有很多门道。

  1. 添加量： 增硬剂的添加量要根据具体的配方和工艺进行调整。添加量过少，效果不明显；添加量过多，可能会导致材料性能下降。这就像是炒菜放盐，放多了咸，放少了淡，要恰到好处才行。
  2. 分散性： 增硬剂要充分分散在聚氨酯体系中，才能发挥其应有的作用。如果分散不好，可能会导致材料性能不均匀，甚至出现缺陷。这就好比做馒头，面粉要揉匀，才能蒸出松软可口的馒头。
  3. 相容性： 增硬剂要与聚氨酯体系具有良好的相容性，才能保证材料的稳定性。如果相容性不好，可能会导致材料分层、析出等问题。这就好比谈恋爱，两个人要三观一致，才能长久。
  4. 工艺控制：不同的增硬剂加入的时间点，搅拌速度，温度等因素都会影响终的产品效果，一定要严格按照厂家的推荐操作和佳试验结果进行。

  六、聚氨酯增硬剂的未来：无限可能

  随着科技的不断发展，聚氨酯增硬剂也在不断创新。未来的发展方向主要有以下几个方面：

  • 新型增硬剂： 开发新型增硬剂，提高增硬效果，同时降低对环境的影响。
  • 纳米增硬剂： 将纳米技术应用于增硬剂，提高分散性和相容性，从而获得更好的性能。
  • 多功能增硬剂： 开发具有多种功能的增硬剂，如同时具有增硬、阻燃、抗菌等功能。

  聚氨酯增硬剂就像是一个充满无限可能的宝藏，等待着我们去挖掘和探索。相信在不久的将来，我们一定能够开发出更加高性能、更加环保的聚氨酯材料，为我们的生活带来更多的便利和美好。

  七、总结：硬而不脆，才是王道！

  今天跟大家聊了这么多，相信大家对聚氨酯增硬剂有了一定的了解。总而言之，聚氨酯增硬剂的作用就是在不牺牲韧性的前提下，提高材料的硬度，同时保持良好的抗冲击性。选择合适的增硬剂，并正确使用，才能达到理想的效果。

  希望今天的讲座对大家有所帮助。谢谢大家！

  有问题的朋友可以提问，老王一定知无不言，言无不尽！

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  聚氨酯防水涂料催化剂目录

  • NT CAT 680 凝胶型催化剂，是一种环保型金属复合催化剂，不含RoHS所限制的多溴联、多溴二醚、铅、汞、镉等、辛基锡、丁基锡、基锡等九类有机锡化合物，适用于聚氨酯皮革、涂料、胶黏剂以及硅橡胶等。

  • NT CAT C-14 广泛应用于聚氨酯泡沫、弹性体、胶黏剂、密封胶和室温固化有机硅体系；

  • NT CAT C-15 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，中等催化活性，比A-14活性低；

  • NT CAT C-16 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有延迟作用和一定的耐水解性，组合料储存时间长；

  • NT CAT C-128 适用于聚氨酯双组份快速固化胶黏剂体系，在该系列催化剂中催化活性强，特别适合用于脂肪族异氰酸酯体系；

  • NT CAT C-129 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有很强的延迟效果，与水的稳定性较强；

  • NT CAT C-138 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，中等催化活性，良好的流动性和耐水解性；

  • NT CAT C-154 适用于脂肪族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有延迟作用；

  • NT CAT C-159 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，可用来替代A-14，添加量为A-14的50-60%；

  • NT CAT MB20 凝胶型催化剂，可用于替代软质块状泡沫、高密度软质泡沫、喷涂泡沫、微孔泡沫以及硬质泡沫体系中的锡金属催化剂，活性比有机锡相对较低；

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基锡，凝胶型催化剂，适用于聚醚型高密度结构泡沫，还用于聚氨酯涂料、弹性体、胶黏剂、室温固化硅橡胶等；

  • NT CAT T-125 有机锡类强凝胶催化剂，与其他的二丁基锡催化剂相比，T-125催化剂对氨基甲酸酯反应具有更高的催化活性和选择性，而且改善了水解稳定性，适用于硬质聚氨酯喷涂泡沫、模塑泡沫及CASE应用中。