塑料、橡膠等各種合成高分子材料在我們的生活中無處不在，這已是不爭的事實(shí)。不過在眾多的高分子材料中，恐怕沒有誰能夠像聚氨酯那樣深入到我們生活的每一個(gè)角落?；蛟S你很好奇，這種聽上去陌生的材料在哪里？那么就請跟隨我到每一天的生活中尋找它的足跡吧。
早餐，你洗漱完畢走到廚房，準(zhǔn)備從冰箱中取出今天的早餐時(shí)不妨想一想，冰箱厚厚的箱體和箱門里面是什么？答案是聚氨酯的泡沫，里面的冷空氣出不來，外面的熱空氣又進(jìn)不去？答案是密閉在冰箱箱體和門中的聚氨酯泡沫。它們竭盡全力阻止冰箱內(nèi)外的熱量交換，若是沒有聚氨酯，冰箱的壓縮機(jī)恐怕將無休止地轟鳴，而你也不得不為冰箱巨大的耗電量而發(fā)愁了。
接下來請你把目光移到冰箱旁邊膠合板做的櫥柜。膠合板是將許多層的薄木板用膠粘合而成，酚醛樹脂和尿醛樹脂曾經(jīng)是粘合木板的主力，但是這兩類材料會(huì)釋放出有強(qiáng)烈致癌作用的甲醛，因此近些年已經(jīng)被聚氨酯所取代。后再請你把視線移到墻角，聚氨酯密封劑正在忠實(shí)地履行自己的職責(zé)，將墻角的縫隙牢牢封死。
吃過早餐你離開家來到單位。公司剛剛搬進(jìn)了新建的辦公樓，走進(jìn)大廳，實(shí)木地板光亮的像鏡子一樣，這多虧了覆蓋在地板上的一層聚氨酯涂料，否則木地板早就被往來的人流磨損得不像樣子了。
你注意到公司走廊上貼著醒目的宣傳畫，自豪地向大家宣布，別看公司的新辦公樓面積龐大，內(nèi)部裝修豪華，在節(jié)能方面卻堪稱表率。降低建筑物的能耗離不開方方面面的努力，但其中一大功臣是夾在墻體和天花板內(nèi)部的聚氨酯，它們和你家中冰箱使用的聚氨酯泡沫非常相似，只不過在這里它們?yōu)楦育嫶蟮摹氨洹碧峁┓?wù)。
工作勞碌之余，你來到運(yùn)動(dòng)場上準(zhǔn)備鍛煉一下身體。這里面有沒有聚氨酯的足跡呢？當(dāng)然有。先說說你身上的運(yùn)動(dòng)服，為什么它能緊貼身體卻又不失舒適感？如果你留意一下它的標(biāo)簽，可能會(huì)注意到“10%氨綸”的字樣，答案就在這里。氨綸是聚氨酯的纖維，具有極其優(yōu)異的彈性。雖然衣物面料中氨綸的含量一般都不高，但是如果少了它，像泳衣、運(yùn)動(dòng)服和緊身褲這樣的衣服穿在身上感覺將會(huì)是非常糟糕。再說說你腳上的這雙運(yùn)動(dòng)鞋。
許多鞋子舒適耐磨的鞋底都是由聚氨酯制成，而聚氨酯的鞋底常常又是依靠聚氨酯粘合劑與鞋面牢牢粘在一起。后說說你腳下的塑膠跑道。塑膠跑道的基本原料當(dāng)然是粉碎成小顆粒的廢舊橡膠，但是若沒有聚氨酯粘合劑把它們緊緊連在一起，這些橡膠小顆粒只會(huì)像砂土一樣到處飛揚(yáng)。
夜幕降臨，你回到家中。終于結(jié)束了一天的勞累，此時(shí)此刻你可能正慵懶地靠在沙發(fā)上欣賞電視節(jié)目，或是躺在自家的大床上準(zhǔn)備進(jìn)入夢鄉(xiāng)。如果揭開床墊或沙發(fā)墊外面的布料，你可能會(huì)看到白色或者乳黃色柔軟又輕盈的材料，這仍然是聚氨酯。床墊和沙發(fā)墊能如此舒適，聚氨酯功不可沒。
后，當(dāng)你和愛人享受親密的二人世界時(shí)，不要忘記聚氨酯的另一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)，那就是安全套。雖然聚氨酯并非生產(chǎn)安全套的主力——大部分安全套使用天然橡膠制成，但是對(duì)于那些對(duì)天然橡膠過敏的人，聚氨酯就提供了非常好的替代選擇。

圖1 聚氨酯的若干重要應(yīng)用：左上：床墊；右上：鞋底；左下：涂料；右下：彈力纖維
通過上面的介紹，你是否意識(shí)到了我們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹膸缀醴椒矫婷娑茧x不開聚氨酯？那么這究竟是怎樣一種神奇的材料，我們又是如何得到它的呢？
眾所周知，各種合成高分子材料都是由無數(shù)小分子相互反應(yīng)而來，例如聚乙烯就是乙烯分子相互反應(yīng)的產(chǎn)物。聚氨酯自然也不例外，要得到它，離不開兩類重要的小分子。
種分子叫做醇，也就是帶有羥基的化合物[1]。這是大家再熟悉不過的一類物質(zhì)，我們每次開懷暢飲時(shí)就在喝下醇的一種——乙醇。不過要完成合成聚氨酯的任務(wù)，每個(gè)醇分子中至少要有兩個(gè)羥基才行，因此乙醇并不夠格，需要換成它的“近親”——乙二醇。
另一種分子相對(duì)來說沒有那么知名，它叫做異氰酸酯，這里出場的是其中的一員，名叫二苯基甲烷二異氰酸酯[2]。雖然名字拗口難記，它可絕對(duì)稱得上聚氨酯工業(yè)中的“大腕”，全球范圍內(nèi)年產(chǎn)量高達(dá)數(shù)百萬噸。顧名思義，每個(gè)二苯基甲烷二異氰酸酯分子中有兩個(gè)異氰酸酯結(jié)構(gòu)。
一個(gè)乙二醇分子和一個(gè)二苯基甲烷二異氰酸酯分子一旦相遇，就像久違的老朋友，一個(gè)伸出羥基，另一個(gè)伸出異氰酸酯，緊緊握住對(duì)方的“手”，變成了一個(gè)分子。但是反應(yīng)并沒有就此打住。乙二醇還有另一只“手”——另外一個(gè)羥基，它還可以抓住另一個(gè)二苯基甲烷二異氰酸酯分子。而被乙二醇抓住的兩個(gè)二苯基甲烷二異氰酸酯也分別還有另外一個(gè)異氰酸酯結(jié)構(gòu)空閑著，又可以分別抓住一個(gè)乙二醇分子。大家不停地拉手的結(jié)果就是形成了高分子化合物，也就是聚氨酯。

圖2 由乙二醇和二苯基甲烷二異氰酸酯生成聚氨酯的反應(yīng)過程
為什么聚氨酯的應(yīng)用如此廣泛？奧秘就在于這兩種原材料上面。在剛才的例子中，我們用乙二醇和二苯基甲烷二異氰酸酯反應(yīng)得到了聚氨酯，但如果你把乙二醇換成丙二醇或者丁二醇，只要每個(gè)分子中至少含有兩個(gè)羥基，我們?nèi)匀荒軌虻玫骄郯滨?。同樣，我們也可以把二苯基甲烷二異氰酸酯替換成其它的材料，只要每個(gè)分子都至少有兩個(gè)異氰酸酯結(jié)構(gòu)。也就是說，聚氨酯實(shí)際上包含了一大類材料，它們的結(jié)構(gòu)雖然相似，性能卻又迥異，有的是堅(jiān)硬的塑料，另外一些是富有彈性的橡膠，還有的能夠做成強(qiáng)勁的粘合劑。
當(dāng)然，無論性能如何變化，它們都具有許多共同的優(yōu)點(diǎn)，例如生產(chǎn)成本低、加工方便、耐腐蝕等等。除了聚氨酯，幾乎沒有哪一種高分子材料能夠讓我們?nèi)绱穗S心所欲地調(diào)節(jié)它的性能以適應(yīng)不同的應(yīng)用。
聚氨酯之所以遍布日常生活的幾乎每一個(gè)角落，還得益于它的另一個(gè)絕活——發(fā)泡。如果我們在燒杯中加入一定量的醇和異氰酸酯，攪拌一會(huì)兒后它們就會(huì)變成堅(jiān)硬的固體。然而如果我們再向燒杯中加入一點(diǎn)水，燒杯中的混合物就變得像剛開瓶的啤酒，大量泡沫噴薄而出。原來，異氰酸酯一遇到水就就迅速變成另外一種有機(jī)物——胺，同時(shí)迅速放出二氧化碳?xì)怏w。由于液體的阻隔，這些氣體來不及逃逸至空氣中，因此我們就看到了大量的泡沫。
可是隨著時(shí)間的推移，這些泡沫并不會(huì)像啤酒沫或者肥皂泡那樣逐漸破碎消失，而是永久地留存下來。原來，反應(yīng)生成的胺還會(huì)會(huì)繼續(xù)尋找尚未與水反應(yīng)的異氰酸酯并與它發(fā)生反應(yīng)，把自己變成聚氨酯的一部分。也就是說，構(gòu)成這些泡沫外壁的不再是脆弱的水膜，而是堅(jiān)固的聚氨酯，因此這些泡沫得以永久保留下來。而由于內(nèi)部充滿了大量微小的氣泡，聚氨酯也變得無比輕盈膨松，密度只有原先的幾十分之一[3]。

圖3 制備聚氨酯泡沫的基本原理
不要小看這些聚氨酯的泡沫，全球范圍內(nèi)，它們竟然貢獻(xiàn)了聚氨酯材料一多半的產(chǎn)值。那么這么多的聚氨酯泡沫都到了哪里去呢？通過調(diào)整原料具體的組成，我們可以得到兩種不同的聚氨酯泡沫。種聚氨酯泡沫的孔洞之間互相連通，構(gòu)成泡沫外壁的聚氨酯柔軟而富有彈性。這樣的泡沫遇到外力很容易變形，但又不會(huì)被壓垮，一旦外力撤去就會(huì)恢復(fù)自身的形狀，因此能夠給使用者帶來極大的舒適感。前面提到的床墊和沙發(fā)墊很多都應(yīng)用了這一類聚氨酯泡沫。除此之外，汽車坐墊也少不了它。
另一種聚氨酯泡更為堅(jiān)硬，內(nèi)部的微小孔洞不再相連，而是彼此隔絕，這樣的泡沫有什么用呢？我們知道，如果要隔絕熱量的傳播，沒有什么材料的效果能比得上空氣，而空氣中二氧化碳的隔熱能力又大大優(yōu)于氧氣、氮?dú)獾绕渌煞帧Ｈ绻覀冇镁郯滨⒍趸几艚^在一個(gè)個(gè)微小的空間內(nèi)，防止它們互相流通或者逃逸到外界，這樣的聚氨酯泡沫具有幾乎媲美空氣的良好的隔熱能力，是其他材料難以企及的。
如果用磚來代替，30多厘米厚的磚的隔熱效果才能抵得上1厘米厚的聚氨酯泡沫！而且由于聚氨酯泡沫具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，很多時(shí)候利用它來進(jìn)行隔熱比單純使用空氣來隔熱效果要好得多，因此它廣受人們的青睞。聚氨酯泡沫不僅已經(jīng)成為生產(chǎn)冰箱的必備，在建筑節(jié)能中的應(yīng)用也十分廣泛。這些聚氨酯泡沫有效地幫助我們提高了能源的利用率，從而節(jié)省了寶貴的資源。

圖4 操作人員正在用聚氨酯泡沫提高建筑物的隔熱能力
從誕生至今，聚氨酯走過了近80年的歷程，極大地改變了我們的生活。放眼未來，聚氨酯材料的不斷革新和進(jìn)步還將讓我們的生活更加美好。
注釋：
[1] 準(zhǔn)確地說醇是脂肪族碳鏈與羥基相連的化合物。羥基直接與苯環(huán)相連的化合物稱為酚。
[2] 二苯基甲烷二異氰酸酯有2,2’, 2,4’ 和4,4’三種不同的結(jié)構(gòu)，其中4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯在聚氨酯工業(yè)中為常用，圖1展示的也是這種結(jié)構(gòu)。
[3] 許多聚氨酯泡沫在生產(chǎn)過程中也會(huì)通入其它氣體幫助發(fā)泡