聚氨酯（Polyurethane，简称PU）是一种由异氰酸酯和多元醇通过化学反应聚合而成的高分子材料。其分子链中含有重复的氨基甲酸酯基团（-NHCOO-），因此得名。聚氨酯具有高度可调的物理和化学性能，通过改变原料配比、添加剂和工艺，可制成弹性体、泡沫、涂料、胶黏剂等多种形态，被称为“万能材料”。

一、核心特性

1. 物理性能优异

   • 耐磨性：聚氨酯弹性体的耐磨性是天然橡胶的5-10倍，广泛用于轮胎、传送带等。
   • 弹性与柔韧性：软质聚氨酯泡沫（如记忆海绵）能根据压力变形并恢复，硬质泡沫（如保温材料）则轻质且强度高。
   • 耐油耐老化：对矿物油、润滑油稳定性强，适合工业密封件。

2. 化学稳定性高

   • 耐弱酸、弱碱和部分有机溶剂，但强酸强碱或高温下可能降解。

3. 加工适应性广

   • 可通过注塑、挤出、喷涂、浇注等方式成型，满足复杂结构需求。

二、主要应用领域

1. 工业与交通

   • 汽车：座椅海绵、仪表盘、轮胎、减震垫。
   • 机械：密封圈、液压管、工业滚轮。

2. 建筑与家居

   • 硬质泡沫用于墙体/管道保温，导热系数低（0.017-0.025 W/m·K）。
   • 家具：软体家具填充物、木器涂料（耐划伤、高光泽）。

3. 医疗与环保

   • 医用导管、人工器官（生物相容性改良型）。
   • 可降解聚氨酯（如生物基PU）用于环保包装、3D打印材料。

三、分类与形态

四、发展历程与趋势

• 1937年：德国化学家奥托·拜耳首次合成聚氨酯。
• 1950年代：硬质泡沫技术突破，推动建筑节能应用。
• 21世纪：环保型PU成为主流，例如：
  • 水性聚氨酯：替代溶剂型涂料，减少VOC排放。
  • 生物基原料：利用蓖麻油、秸秆等可再生资源制备。
  • 自修复PU：通过动态化学键实现材料损伤后自动修复。

五、局限性与挑战

1. 耐高温性差：长期使用温度一般低于120℃，高温易软化或分解。
2. 环保争议：传统发泡工艺可能使用ODP物质（如CFC-11），现已被更环保的发泡剂（如HFC-245fa）取代。
3. 回收难题：化学交联结构导致难降解，需发展化学回收或生物降解技术。

聚氨酯作为现代工业的“多面手”，其创新方向正朝着高性能化（如耐极端环境）、功能化（如导电、阻燃）和绿色可持续三大维度发展。在碳中和背景下，生物基和可回收聚氨酯将成为未来十年材料科学的重点领域。