求pu成份表?

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聚氨酯弹性纤维合成简介
刘广凯
前言
弹性纤维最近在低迷的纺织产业中,独树一格.成为唯一不受市场景气循环所影响的产品.而根据ISO 20761或DIN 600012,弹性纤维 (Elastane Fiber) 是一种人为合成的线性高分子,其中85%重量是由区段状的聚氨基甲酸酯(Segmented Polyurethane)所组成.翻开弹性纤维的历史,可溯自一九三七年,由德国O. Bayer,H.RINKE3,6及其同仁所共同发现,并取得专利.他所使用的单体组成即为butylene glycol和hexamethylene diiso cyanate3-5.一九四九年E.WINDEMUTH利用化学纺丝方法成功的将高分子量的聚氨基甲酸酯纺制成丝7.J.SHIVERS14和他在杜邦公司工作的同事於1951年成功的利用乾式纺丝法纺出名叫＂FIBER K″的弹性纤维而杜邦公司也於1962年全量生产该产品,并将产品更名为＂Lycra″,欧洲的拜耳公司也旋即於1964年推出名为＂Dorlastan″的弹性纤维与之相抗衡.以下将简单介绍弹性纤维的基本原理及其合成方法供大家参考.
基本结构
既然弹性纤维是由85%以上的区段PU所形成8,13,而PU本身即是一个多变化的材料.它可以是一个很硬且高黏弹性的材料或甚至於是一个很软但却具低黏弹特性的材料.而弹性纤维在化学结构正介於这两极端之间.因此聚氨酯弹性体可以看作是如图一所示的线形嵌段共聚物.改变三种基本成份,多元醇,二异氰酸酯和链延长剂,即可得到多种聚合物的结构,并进而改变它的性能.
简单的说,产生出(A－B)型的交替嵌段共聚物,即可具有弹性纤维的基本要求.其中软链段赋予材料易於被拉长和回缩的特性,而硬链段则提供分子间的相互作用.由於软链段的部分是不规则卷曲的聚醚或共聚酯,在纤维中为连续相,占总重量的65～90%.它们在松弛的纤维中处於非顺向性状态,一旦纤维被拉长时,它们就伸展变直,而趋於平行.在X光的绕射实验中发现,软链段在纤维伸展状态下形成了应力所造成的结晶区,由於结构的增强导致纤维在伸展状态下的刚性和强度皆增加.当外力除去时,即刻回缩,软链段的结晶消失,分子又回归卷曲状态,因此这也就是弹性纤维迷人之处.
合成方法
基本上,聚氨酯的合成可经由氯甲酸酯与二元胺反应10,11 (1-1) 或氨基甲酸酯与二元醇反应 (1-2) 来完成.
－RNH2+Cl COOR'→－RNH COOR'－ + HCl (1-1)
－ROH+Z COO CN HR'→－ROO CN HR'－+ ZOH (1-2)
但它的主要发展乃是靠异氰酸酯化学 (isocyanate) .藉由二异氰酸酯和二元醇反应,即可制成许多线形聚氨酯.在1-3中,由1.4丁二醇和1.6已二异氰酸酯合成的聚氨酯即为1937年Bayer所发明的代表作.
HO(CH2)4OH+OCN(CH2)6 NCO→
－[O(CH2)4OO CNH(CH2)6 NHCOO]－X (1-3)
通常在制作弹性纤维的过程会先合成一个NCO的Prepolymer12,然后再藉由链延长剂的加入而合成弹性纤维的原料.以下以几个简单的化学反应方程式来简单介绍弹性纤维的合成步骤：
1. NCO Prepolymer合成：
聚酯双醇Polyester glycol 或聚醚双醇(Polyester glycol)与二异氰酸甲酯反应即可得到
n HO－R1－OH +2n O＝C＝N－R2－N＝C＝O→
OCN－[R2－NH－CO－O－R1－O－CO－NH－R2]n－NCO
NCO Prepolymer
2. 链延长并形成硬链结：
OCN－[R2－NH－CO－O－R1－O－CO－NH－R2]n－
NCO ＋H2 ^^^ NH2 → ^^^ NH－CO－NH ^^^ ^^^
弹性纤维原料
由於在此阶段尿素(urea)链间具有很强的氢键,而这些氢键即为弹性PU的硬链结所在,弹性纤维以200%的倍率延伸时,其硬链结与软链结之间的交错关系.图中结构较为紧密者为硬链结,而松散者为软链结.
在整个反应过程中软链段通常以四氢吷喃12 (THF) 所得的聚丁醚二醇和二元酸以选定比例缩合聚合而成.而硬链段,由於二异氰酸酯商品化种类不多,仍局限在MDI 2.6甲苯二异氰酸酯 (TDI) 和4.4'二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 做为主要原料.表一为世界各大公司生产之弹性纤维其主要成份表.
结语
弹性纤维的诞生带给了人们在日常生活上的许多便利性与舒适性,由於弹性纤维的问世,原本需要刚性的服饰即可用弹性纤维来取代而永保其挺性但又不失舒适性,如外衣、防皱衣物.胸罩、袜子等传统弹性需求很高的材料,则可藉由更新的分子结构设计来达到更高的使用寿命.国内弹性纤维的应用已逐渐普通,但目前仍以进口弹性纤维为素材为主.以用量来说,整个台湾市场约有近6,000吨的容量,因此本所在经济部科技专案的经费补助之下,已完成熔纺型弹性纤维原料的开发工作,希望藉由此一计划的完成,辅导国内业界在这一个新市场上做一番努力,期待在此一景气低迷环境中,为企业注入另一股活水.
表一、弹性纤维化学组成
产品名称
制造商
使用原料

Acelan
Taekwang/Korea
聚醚酯/MDI/二氨

Dorlastan
BayeerFaser/GermanyBayer corp./USA
聚醚酯/MDI/二氨

Espa
Toyobo Co./Japan
聚醚酯/MDI/二氨

Fujibo Spandex
Fuji Spinning Co./Japan
聚醚酯/MDI/二氨

Glospan
Globe MFG Co./Japan
聚醚酯/MDI/二氨

Lycra
Du Pont Nemours Co./USA
聚醚酯/MDI/二氨

Lineltex
Fillatice/Italy
聚已内酯/MDI/二氨

Roica
Asahi Kasei/Japan
聚醚酯/MDI/二氨

参考资料
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(1947), 257-272
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5. PPOHL, H. A.：Reaction spinning of fibers. Textile res. J. 28 (1958), 473-477
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chemische Grundlagen. In：Vieweg, R. (Hrsg.)：Kunststoff-Handbuch, Bd. 7：
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Verwendung. Melliand Text. Ber. 46 (1965), 51-59
8. FOURNE, F.：Elastane yarns：production, propertiess, application. Chem. Fasern/Text.
Ind. 44/96 (1994) E45-E48
9. LYSSY, TH.：Elastomere Spinnstoffe. Lenzinger Ber. (1963), issue 15, 22-23;
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12. MEYER, R. V., HAUG, E., SPILGIES, G.：Elastane-Chemie, Eigenschaften,
Einsatzgebiete. Melliand Text. Ber. 3 (1993), 194-198
13. OERTEL, G. (HRSG.)：Plyurethane. In：Becker, G. W., Braun, D. (Hrsg.)：
Kunststoff-Handouch, Bd. 7, Carl Hanser Verlag, 3 Aufl., Munich, Vienna 1993
14. SHIVERS,J.C.,Seaman,R.E.: Elastic textile fibers based on condensation polymers, I.und
II. Lecture at the Gorden Research Conference. Textile weekly July 1958,
at Colby College , New London, N.H.