聚氨酯（PU）是一大类塑料（聚合物），由多元醇和异氰酸酯两种液态组分相互反应而成。通过改变组分的种类和配比，同样的化学反应既能得到柔软的垫用泡沫（海绵）、硬质的保温泡沫，也能得到柔性涂层或坚韧的模塑制件。因此，床垫海绵、冷库板和冰箱的保温层，都出自同一类材料。
目录
1. 聚氨酯是如何形成的
聚氨酯由两种主要原料制成：多元醇和异氰酸酯。多元醇是带有两个或更多羟基（OH）的分子。异氰酸酯最常见的是 MDI 或 TDI，带有两个或更多具有反应活性的 NCO 基团。两者混合后会引发放热反应，生成氨基甲酸酯键，把分子连接在一起。聚氨酯这个名称就来源于这种键。
双组分体系：A 组分与 B 组分
在工业上，聚氨酯通常以双组分体系的形式供货。在欧洲和土耳其，A 组分（白料）通常是多元醇与催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂及其他助剂配制好的组合料，B 组分（黑料）则是与该组合料相匹配的异氰酸酯。在北美，这两个字母的用法常常正好相反，因此务必以桶身标签和数据表上的标注为准。计量设备按设定的配比将两个组分混合，再把混合物注入模具、浇注到板材生产线上，或直接喷涂到需要保温的表面上。
泡沫是如何形成的
制造泡沫时，有两个反应同时进行。在凝胶反应中，多元醇与异氰酸酯构建起聚合物网络。在发泡反应中，异氰酸酯与水反应并释放出二氧化碳。这种气体，连同体系中可能含有的物理发泡剂（例如戊烷或 HFO），使液态混合物变成泡沫。两个反应之间的平衡决定了泡沫的泡孔结构和密度。发泡反应中生成的胺会与更多的异氰酸酯反应，生成脲键，因此大多数泡沫在氨基甲酸酯基团之外，还含有一定量的脲基团。
为什么同样的化学反应能得到这么多产品
长而柔顺的多元醇链形成柔软、可回弹的制品。短而高度支化的多元醇则构成高度交联的刚性结构。配方的细微变化会直接改变密度、硬度、保温性能和固化时间。因此，聚氨酯常被看作一套按具体应用调整的体系，而不是单一的产品。我们的指南《多元醇与异氰酸酯》对这两种原料作了更详细的介绍。
简史
聚氨酯由奥托·拜耳（Otto Bayer）及其同事于 1937 年在德国勒沃库森（Leverkusen）的 IG Farben（法本公司）首次制成。第二次世界大战期间曾小规模投入使用，例如用作飞机涂层；到了 20 世纪 50 年代，硬泡、弹性体、胶粘剂和软泡开始得到更广泛的应用。如今它是主要的塑料之一：2019 年全球产量约为 2500 万吨，约占全部聚合物的 6%。
2. 聚氨酯的种类
日常说起“聚氨酯”，通常指的是软质海绵或保温泡沫。然而，同样的化学反应涵盖的产品差别很大：
软质聚氨酯泡沫（海绵）
开孔结构的软质泡沫，受压后能够回弹，用于家具、床垫和汽车座椅。它既可以浇注成大块泡沫（块泡）再切割，也可以在模具中成型。根据应用的不同，其密度约为 10 至 300 kg/m³。
软泡由聚醚多元醇或聚酯多元醇制成。一般而言，聚醚型的耐水性更好，聚酯型则更耐溶剂和耐磨。密度是每立方米泡沫的质量（kg/m³）。仅凭密度并不能说明泡沫的软硬程度，因为硬度需要另行测定（例如采用压陷法，ISO 2439），所以两种密度相同的泡沫，手感可能并不相同。
慢回弹泡沫（记忆海绵）
受压后恢复缓慢的软质泡沫。由于能贴合人体的形状，它被用于床垫、枕头和医用坐垫。
硬泡聚氨酯：PUR 与 PIR
以闭孔为主的轻质泡沫，保温性能高。用于夹芯板、冷库板、冰箱、冷藏车厢和热水箱。PIR（聚异氰脲酸酯）是使用过量异氰酸酯制成的硬泡，多出的异氰酸酯会形成环状结构，使泡沫在受热时更稳定。两者的区别在于异氰酸酯与多元醇的比例（即指数）：PUR 的指数接近 100，PIR 则高得多，通常在 180 以上。仅凭名称无法判断防火等级，防火等级以产品的分级报告为准。我们的指南《PIR 与 PUR 保温板有何区别？》对两者作了比较。
喷涂聚氨酯泡沫
两个组分用专用设备在现场喷涂，泡沫在数秒内即发泡膨胀。在屋面、外立面和仓储建筑上，它能形成连续的保温层，接缝很少甚至没有。
自结皮泡沫
一种在模具中一次浇注即可形成致密外皮和较轻泡沫芯层的体系。用于方向盘、扶手、家具部件和装饰制品。
弹性体、涂料与胶粘剂
聚氨酯也有非泡沫的形态：耐磨的弹性体制件，如轮子和胶辊；地坪和表面涂料；胶粘剂和密封胶。可通过加热重新成型的热塑性聚氨酯（TPU）也属于同一类材料。
聚氨酯与聚脲的区别
异氰酸酯与多元醇反应生成聚氨酯；异氰酸酯与胺反应生成聚脲。聚脲固化极快，通常使用加热式高压喷涂设备施工，用于防水和防护涂层。也有将两者结合的混合体系。施工方如何选择，请参阅《喷涂泡沫还是聚脲？》。
罐装发泡胶也是聚氨酯吗？
是的。五金店和建材店出售的罐装泡沫（俗称发泡胶）大多是单组分聚氨酯泡沫，靠空气中的水分固化。它们不同于工业上用来生产板材、软质泡沫和模塑制件的双组分体系。未固化的罐装泡沫含有具反应活性的异氰酸酯，因此请戴好手套和护目镜，保持房间通风，并遵守罐体上的警示说明。
| 种类 | 泡孔结构 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 软泡 | 开孔 | 家具、床垫、座椅 |
| 慢回弹泡沫 | 开孔 | 床垫、枕头、医用坐垫 |
| 硬泡（PUR/PIR） | 闭孔 | 板材、冷库、冰箱 |
| 喷涂泡沫 | 闭孔或开孔，视体系而定 | 屋面、外立面、仓储建筑 |
| 自结皮泡沫 | 致密外皮，泡沫芯层 | 方向盘、扶手、装饰部件 |
| 聚脲（相关材料） | 实心涂层，非泡沫 | 防水、防护涂层 |
3. 主要性能
聚氨酯的性能取决于其类型、密度和配方，因此下面每一条都只适用于其中所指的产品类别：
- 隔热保温：闭孔硬泡聚氨酯是常见保温材料中导热系数最低的材料之一。欧洲聚氨酯（PUR/PIR）保温行业协会 PU Europe 指出，带面材的硬泡聚氨酯保温材料，其导热系数（λ）可低至 0.022 至 0.028 W/(m·K)，具体取决于面材和厚度。λ 值越低，通过的热量越少，因此达到同样的保温效果只需更薄的保温层。这是行业给出的范围，而不是任何单一产品的声明值。
- 轻质与强度：据 PU Europe 称，硬泡聚氨酯约 97% 的体积是被封闭在内的气体，因此非常轻。其力学强度随密度增加而提高。在夹芯板中，它与金属面板牢固粘接，构成使整块板连为一体的芯层。
- 水与湿气：闭孔硬泡几乎不吸水，而开孔软泡会吸水。水蒸气透过率因产品而异，请查看技术数据表上的数值。
- 热与阳光：耐热性取决于具体产品，因此没有适用于所有聚氨酯的统一数值。用芳香族异氰酸酯制成的聚氨酯在阳光下会发黄，不宜在没有防护的情况下裸露放置；需要保持颜色的涂层则使用脂肪族体系。
- 使用寿命：PU Europe 指出，硬泡聚氨酯的使用寿命为 50 年及以上，ISOPA 则给出建筑保温使用寿命超过 50 年的说法。这些是行业层面的表述，不是对任何单一产品的保证。
4. 聚氨酯有哪些用途？
简而言之，聚氨酯为建筑、冷库和冰箱提供保温，为家具、床垫和汽车座椅提供软垫，还用于涂料、胶粘剂和许多模塑制件。
| 行业 | 所用类型 | 示例 |
|---|---|---|
| 建筑与保温 | 硬泡、喷涂泡沫 | 夹芯板、屋面和外立面保温 |
| 冷链 | 硬泡 | 冷库板、冷藏车厢 |
| 家电 | 硬泡 | 冰箱、冰柜、热水箱 |
| 家具与寝具 | 软泡与慢回弹泡沫 | 沙发、床垫、枕头 |
| 汽车 | 软泡与自结皮泡沫 | 座椅、扶手、方向盘 |
| 装饰 | 硬泡 | 角线、天花圆盘、仿木制品 |
| 防水与涂层 | 聚脲、聚氨酯涂料 | 屋面、露台、储罐内衬 |
对于模塑制件，脱模剂有助于制件顺利、干净地脱模。JiTPOL 供应用于保温、软泡、自结皮和喷涂应用的体系：请参阅我们的硬泡体系、软泡体系、慢回弹体系、自结皮体系和喷涂体系。
5. 聚氨酯有毒吗？
答案取决于我们说的是成品还是原料。
固化后的成品
据欧洲软质聚氨酯泡沫块泡生产商协会 EUROPUR 的材料信息表，固化后的软质聚氨酯泡沫被归类为物品，而不是危险物质，在正常使用中对皮肤或呼吸系统没有已知的影响。不过，对于泡沫在切割或打磨时产生的粉尘，仍应采取适当的防护措施；接触刚制成的泡沫时应戴手套。以上说法针对的是软泡；至于硬泡、喷涂泡沫和其他聚氨酯产品，请查阅产品各自的数据表。
原料与加工人员
作为原料的异氰酸酯可能引起皮肤和呼吸道致敏（过敏）。应由经过培训的人员在通风良好的场所、佩戴合适的个人防护装备进行操作。在欧盟，法规 (EU) 2020/1149 要求工业和专业用户在使用按重量计含有 0.1% 或以上二异氰酸酯的产品之前，必须完成培训；该要求自 2023 年 8 月 24 日起适用，培训至少每五年更新一次。务必阅读每种产品的安全数据表（SDS）。
燃烧
燃烧聚氨酯会释放浓烟和有毒气体，因此聚氨酯废料绝不应露天焚烧。
6. 聚氨酯会燃烧吗？
会，聚氨酯是可燃材料。它在火灾中的表现取决于产品类型、密度、是否含有阻燃剂，以及它在板材或墙体中的构造方式。在欧洲，建筑产品的燃烧性能等级通过试验确定，并依据 EN 13501-1 分级；该等级载于产品的分级报告和性能声明中。应以这些文件为准，而不是依据“防火聚氨酯”这类笼统的说法。“阻燃”之类的表述往往只对应小型点火试验，并不能说明大火中的危险程度。
7. 聚氨酯与其他保温材料
与聚苯板（EPS，发泡聚苯乙烯）、XPS 挤塑板和岩棉相比，硬泡聚氨酯最明显的区别在于导热系数低，因此达到同样的保温效果所需的保温层更薄。在厚度和重量都很重要的场合，例如夹芯板和冷库，这一差别往往决定选材。另一方面，岩棉通常被归为不燃材料（Euroclass A1 或 A2，请查看产品的性能声明），在防火等级优先的场合可能更受青睐。正确的选择取决于所需的保温性能、厚度、潮湿条件、防火要求和预算；请依据各材料自身声明的 λ 值进行比较。
8. 环境与回收
大多数聚氨酯是热固性材料：其交联结构使它无法熔融后重新成型（热塑性聚氨酯 TPU 是例外），因此比热塑性塑料更难回收，但仍然可以回收。软泡边角料经粉碎后重新粘结成型（再生粘结泡沫），制成地毯衬垫等产品。醇解等化学方法可将泡沫分解成富含多元醇的产物，可部分替代新的多元醇。无法回收的废料可以送入排放经过过滤的受控焚烧设施进行能量回收；露天焚烧则绝不可接受。据 ISOPA 称，由于回收设施有限、成本高昂，回收率仍然很低。在保温泡沫中，曾损害臭氧层的发泡剂（先是 CFC，后是 HCFC）已被淘汰；在欧洲，它们主要被戊烷取代，也有一些体系使用 HFO 类发泡剂。详情请参阅我们的指南《聚氨酯回收方法》。
9. 如何选择合适的体系
选用哪种聚氨酯，取决于您生产的产品和生产方式。下面这些问题有助于找到合适的体系：
- 产品是什么，它需要什么：保温、硬度、舒适性，还是强度？
- 生产方式是什么：连续板材生产线、模具浇注、块泡、灌注还是喷涂？
- 需要什么密度和固化时间？
- 泡沫需要与哪些表面粘接，将在什么条件下生产？
- 需要什么防火等级、测试或证书？
开发现成的双组分配套体系来解决这些问题的公司，称为聚氨酯体系供应商。JiTPOL 是位于布尔萨的聚氨酯体系供应商，开发并供应此类体系。我们可以协助您选择体系，并提供您所需的技术数据表（TDS）和安全数据表（SDS）。
常见问题
聚氨酯是塑料吗？
是的。聚氨酯是一大类塑料（聚合物）。大多数类型属于热固性塑料，受热不会熔化；也有一些，例如热塑性聚氨酯（TPU），可以通过加热成型。
聚氨酯有毒吗？
在正常使用中，固化后的软泡不被视为危险物质。原料异氰酸酯可能引起致敏，因此必须由经过培训的人员佩戴防护装备进行操作。详情请参阅产品的安全数据表（SDS）。
聚氨酯会燃烧吗？
会，它是可燃的，燃烧时会产生浓烟。其防火等级取决于产品、密度以及是否含有阻燃剂，并载明于产品的测试报告中。
聚氨酯在阳光下会黄变吗？
用芳香族异氰酸酯制成的聚氨酯（包括大多数泡沫）在阳光下会变色发黄，即所谓“黄变”。对于软质泡沫，EUROPUR 指出，这影响的是表面颜色，而不是物理性能。裸露的硬泡和喷涂泡沫应按其数据表的要求加以覆盖或涂覆；需要保色的涂层则使用脂肪族异氰酸酯。
聚氨酯会吸水吗？
闭孔硬泡几乎不吸水，而开孔软泡会吸水。水蒸气透过率请查看产品的技术数据表。
聚氨酯和聚脲有什么区别？
聚氨酯由异氰酸酯与多元醇反应生成；聚脲由异氰酸酯与胺反应生成。聚脲固化快得多，通常使用加热式高压喷涂设备施工。
聚氨酯泡沫就是海绵吗？
海绵是软质开孔聚氨酯泡沫的日常叫法。硬泡聚氨酯则是闭孔的保温材料。两者源自同样的化学反应，却是不同的产品。
聚氨酯的保温性能比聚苯板（EPS）好吗？
硬泡聚氨酯的导热系数更低，因此达到同样的保温效果所需的保温层更薄。具体选择还取决于厚度、防火要求、潮湿条件和预算。
聚氨酯可以回收吗？
可以，不过比热塑性塑料更难，而且回收率仍然很低。软泡边角料可以粉碎后重新粘结成新产品；化学方法和受控的能量回收也有应用。
资料来源
- ISOPA：什么是聚氨酯？（英文）
- ISOPA：聚氨酯常见问题（英文）
- PU Europe：聚氨酯保温材料（英文）
- EUROPUR：软质聚氨酯泡沫材料信息表（英文）
- ISOPA 资料单：再生粘结软质泡沫（英文）
- 维基百科：聚氨酯
- OSHA：异氰酸酯的危害（英文）
- 欧盟委员会法规 (EU) 2020/1149：二异氰酸酯，REACH 附件 XVII（英文）