生物基聚氨酯（生物PU）的关键原材料

Jul 30,2025

生物基聚氨酯（生物PU）的关键原材料

1. 生物基多元醇

定义与作用
- 生物基多元醇是生物基聚氨酯中最关键的原材料之一。多元醇是含有多个羟基的化合物，能与异氰酸酯反应形成聚氨酯聚合物网络。在生物基聚氨酯中，生物基多元醇替代了传统的石油基多元醇的大部分或全部。它们为聚氨酯材料提供基本结构和柔韧性，影响其机械性能，如弹性、韧性和硬度。
来源与类型
- 植物油
  - 大豆油 它是生物基多元醇最广泛使用的来源之一。大豆油富含甘油三酯，可通过环氧化和开环反应等化学改性引入羟基。由此得到的大豆油基多元醇可用于生产柔性或半柔性生物基聚氨酯泡沫、涂层和弹性体。例如，大豆油基多元醇用于家具和汽车座椅的柔性泡沫生产。
  - 蓖麻油 蓖麻油在植物油中独特，因为它天然含有较高比例的羟基（约85-90%）。这使其成为合成高功能性生物基多元醇的优良起始材料。蓖麻油基多元醇常用于生产高性能生物基聚氨酯材料，如用于热绝缘的刚性泡沫、具有良好耐化学性的涂层以及高强度和柔韧性的弹性体。它也适用于需要高纯度和特定化学性质的应用。
- 木质纤维素生物质
  - 定义与加工 木质纤维素生物质包括木材、农业残余物（如稻草和玉米秸秆）及专用能源作物，是一种可再生且丰富的资源。通过水解、预处理和化学改性等工艺，木质纤维素生物质可转化为生物基多元醇。例如，木质纤维素生物质中的纤维素和半纤维素可被分解成糖类，随后进一步加工引入羟基形成多元醇。
  - 性质与应用 来自木质纤维素生物质的生物基多元醇具有高刚性和良好热稳定性等独特性质。它们适用于建筑材料，如绝缘板和结构泡沫，这些应用对这些性能有较高需求。

2. 生物基异氰酸酯

定义与作用
- 异氰酸酯是生物基聚氨酯生产中的另一关键原材料。它们与多元醇反应形成聚氨酯的氨基甲酸酯键，赋予聚氨酯其特有性能。生物基异氰酸酯来源于可再生资源，用以替代传统的石油基异氰酸酯。生物基异氰酸酯的反应活性和功能性显著影响生物基聚氨酯的固化过程及最终性能，包括硬度、强度和弹性。
来源与发展
- 当前研究与挑战 目前，生物基异氰酸酯的生产仍处于研发阶段。大多数生物基异氰酸酯来源于天然产物，如氨基酸、糖类和木质素。例如，一些研究者正在探索通过一系列化学反应从木质素衍生化合物合成生物基异氰酸酯。然而，生物基异氰酸酯的生产面临产率低、生产成本高和合成工艺复杂等多重挑战。合成生物基异氰酸酯的反应条件通常难以控制，影响最终产品的质量和一致性。
- 潜在应用 尽管存在挑战，生物基异氰酸酯在生产高性能和可持续生物基聚氨酯材料方面具有巨大潜力。一旦生产技术成熟，它们可用于制造高强度生物基聚氨酯粘合剂、具有优异耐久性的涂层以及满足苛刻工业应用需求的弹性体。

3. 添加剂和链扩展剂

定义与作用
- 添加剂和链扩展剂是生物基聚氨酯生产中的重要组成部分。添加剂用于调节聚氨酯材料的性能，如改善加工性能、热稳定性、阻燃性和抗紫外线能力。链扩展剂是含有多个活性基团的小分子，能与异氰酸酯和多元醇基团反应，增加聚氨酯的分子量和交联密度，从而提升其机械性能和尺寸稳定性。
常见类型
- 催化剂 催化剂是一类能加速多元醇与异氰酸酯反应的添加剂。生物基聚氨酯生产中常用的催化剂包括有机金属催化剂（如锡催化剂）和胺催化剂。它们能控制反应速率和固化时间，确保聚氨酯结构的正确形成。
- 阻燃剂 阻燃剂用于提高生物基聚氨酯材料的耐火性能。它们可以是无机化合物（如氢氧化铝和聚磷酸铵）或有机化合物（如含磷阻燃剂）。这些阻燃剂能降低生物基聚氨酯的易燃性，提升其应用安全性。
- 链扩展剂 常见链扩展剂包括二醇（如乙二醇和1,4-丁二醇）和胺类（如二乙烯三胺）。它们能与异氰酸酯基团反应形成氨基甲酸酯或脲键，增加聚氨酯的交联密度，提升其机械性能，如硬度和拉伸强度。