第101篇｜游離NCO
第101篇｜游離NCO
Free NCO
⸻
一句話定義
游離NCO（Free NCO）是指聚氨酯系統中尚未與多元醇（Polyol）、水分（H₂O）或其他活性氫化合物反應的異氰酸酯基（–NCO），其含量直接影響反應活性、固化速度、交聯能力與最終性能。
⸻
為什麼重要
在PU世界裡。
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真正會反應的。
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不是MDI。
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也不是HDI。
⸻
而是：
NCO。
⸻
更精確地說。
⸻
是：
Free NCO。
⸻
因為已經反應掉的NCO。
⸻
不會再參與固化。
⸻
只有還活著的NCO。
⸻
才能繼續建立：
• 強度
• 交聯
• 耐熱性
• 耐溶劑性
⸻
因此。
⸻
工程師看到NCO%。
⸻
其實是在看：
未來還有多少反應能力。
⸻
基本原理
異氰酸酯最重要官能基：
{-}N=C=O
⸻
即：
NCO。
⸻
當NCO與OH反應後：
NCO+OHrightarrow Urethane Bond
⸻
NCO消失。
⸻
形成：
Urethane Bond。
⸻
因此。
⸻
未反應的NCO。
⸻
稱為：
Free NCO。
⸻
Free NCO的意義
可理解為：
剩餘反應能力。
⸻
數值越高。
⸻
代表：
可形成更多交聯。
⸻
可形成更多尿素鍵。
⸻
可形成更多氨基甲酸酯鍵。
⸻
Free NCO與NCO Content差異
很多人容易混淆。
⸻
NCO Content
總NCO含量。
⸻
Free NCO
實際未反應NCO。
⸻
在大部分PU預聚物中。
⸻
兩者通常相同概念。
⸻
但在特殊體系中。
⸻
可能有所差異。
⸻
為什麼要控制Free NCO？
因為：
太低。
⸻
反應不足。
⸻
強度不足。
⸻
太高。
⸻
容易脆化。
⸻
容易吸濕。
⸻
甚至影響安全性。
⸻
因此必須平衡。
⸻
Free NCO測定原理
工業界通常利用：
二丁胺法（Dibutylamine Method）。
⸻
NCO先與過量二丁胺反應：
NCO+HNR_2rightarrow Urea Derivative
⸻
再利用酸滴定。
⸻
計算NCO含量。
⸻
NCO理論含量
異氰酸酯基分子量：
42。
⸻
因此：
NCO%=(42times NCO Number)/Molecular Weighttimes100
⸻
這是所有NCO計算基礎。
⸻
Free NCO與預聚物
PU接著劑最常見形式：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
結構如下：
NCO{-}Prepolymer{-}NCO
⸻
兩端保留：
Free NCO。
⸻
等待後續反應。
⸻
Free NCO與固化速度
NCO越高。
⸻
反應位點越多。
⸻
因此：
Free NCOuparrowRightarrow Cure Rateuparrow
⸻
固化速度通常增加。
⸻
Free NCO與交聯密度
交聯形成來自：
NCO反應。
⸻
因此：
Free NCO提高。
⸻
通常代表：
交聯密度提高。
⸻
關係式
Free NCOuparrowRightarrow Crosslink Densityuparrow
⸻
Free NCO與強度
適當提高NCO。
⸻
可提升：
• Cohesion
• Modulus
• Heat Resistance
⸻
但過高時。
⸻
材料可能變脆。
⸻
Free NCO與耐熱性
高交聯結構形成後。
⸻
耐熱性提高。
⸻
因此：
Free NCO通常與：
Heat Resistance
呈正相關。
⸻
Free NCO與耐溶劑性
耐溶劑能力來自：
緻密網路。
⸻
因此：
NCO提高。
⸻
耐溶劑性通常提高。
⸻
Free NCO與濕氣敏感性
NCO最大的敵人：
水。
⸻
反應如下：
NCO+H_2Orightarrow Urea Bond+CO_2
⸻
因此：
Free NCO越高。
⸻
吸濕敏感性越高。
⸻
Free NCO與儲存安定性
高NCO產品。
⸻
通常：
Shelf Life較短。
⸻
因為：
容易與微量水反應。
⸻
Free NCO與安全性
游離NCO增加時。
⸻
作業環境需注意：
• 通風
• 防護設備
• 暴露控制
⸻
尤其：
MDI
與
TDI
系統。
⸻
重要數據或表格
常見PU產品NCO含量
產品類型 Free NCO (%)
軟包裝膠硬化劑 10–18
濕氣固化PU 2–8
PU預聚物 2–15
MDI單體 約33.6
HDI單體 約50
⸻
NCO含量影響
Free NCO增加 結果
固化速度 ↑
強度 ↑
交聯密度 ↑
耐熱性 ↑
耐溶劑性 ↑
脆性 ↑
吸濕敏感性 ↑
⸻
Free NCO與軟包裝膠
無溶劑貼合中。
⸻
硬化劑通常控制：
12–16% NCO。
⸻
平衡：
• 熟化速度
• 耐蒸煮性
• 加工性
⸻
Free NCO與鞋膠
鞋材膠。
⸻
常利用適量NCO。
⸻
提高：
最終剝離強度。
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Free NCO與密封膠
濕氣固化密封膠。
⸻
通常控制：
2–6%。
⸻
兼顧：
施工性與固化能力。
⸻
Free NCO與電子材料
電子封裝膠。
⸻
通常避免過高NCO。
⸻
降低：
吸濕與應力問題。
⸻
與接著工程的關係
Free NCO直接影響：
Cure Time
固化時間。
⸻
Pot Life
可操作時間。
⸻
Crosslink Density
交聯密度。
⸻
Bond Strength
接著強度。
⸻
Heat Resistance
耐熱性。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
因此是PU配方設計最重要控制參數之一。
⸻
軟包裝案例
耐蒸煮膠。
⸻
通常需較高Free NCO。
⸻
建立高交聯網路。
⸻
電子案例
電子膠。
⸻
需控制NCO。
⸻
避免吸濕問題。
⸻
建築案例
濕氣固化密封膠。
⸻
利用Free NCO與空氣反應完成固化。
⸻
常見應用
PU Adhesive
聚氨酯接著劑。
⸻
Solvent-Free Adhesive
無溶劑接著劑。
⸻
Moisture Cure PU
濕氣固化PU。
⸻
Sealant
密封膠。
⸻
Electronic Encapsulation
電子封裝。
⸻
TPU Prepolymer
TPU預聚物。
⸻
相關名詞
• NCO Content（NCO含量）
• Isocyanate（異氰酸酯）
• MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）
• HDI（六亞甲基二異氰酸酯）
• IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Cure Time（固化時間）
• Moisture Cure（濕氣固化）
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FAQ
Q1：Free NCO越高越好嗎？
不一定。
過高可能造成脆化與吸濕問題。
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Q2：Free NCO會自己消失嗎？
會。
遇到OH、水分或胺類都會反應消耗。
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Q3：為什麼要測NCO含量？
因為它直接決定反應能力與最終性能。
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APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，Free NCO是PU配方中最具代表性的控制指標之一。
許多工程師在評估一支PU硬化劑時，第一個看的不是品牌，也不是黏度，而是NCO%。
因為這個數字背後代表的，不只是化學組成，而是未來還能形成多少強度、多少交聯，以及多少可靠度。
在聚氨酯世界裡，真正有價值的NCO，不是已經反應掉的NCO，而是仍然準備工作的Free NCO。
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延伸閱讀
• NCO Content（NCO含量）
• Isocyanate（異氰酸酯）
• MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）
• HDI（六亞甲基二異氰酸酯）
• IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Cure Time（固化時間）
• Moisture Cure（濕氣固化）
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參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
3. Woods, G. The ICI Polyurethanes Book.
4. Saunders, J.H. & Frisch, K.C. Polyurethanes: Chemistry and Technology.
5. Journal of Applied Polymer Science.
6. Polymer.
7. Progress in Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
Free NCO
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一句話定義
游離NCO（Free NCO）是指聚氨酯系統中尚未與多元醇（Polyol）、水分（H₂O）或其他活性氫化合物反應的異氰酸酯基（–NCO），其含量直接影響反應活性、固化速度、交聯能力與最終性能。
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為什麼重要
在PU世界裡。
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真正會反應的。
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不是MDI。
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也不是HDI。
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而是：
NCO。
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更精確地說。
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是：
Free NCO。
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因為已經反應掉的NCO。
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不會再參與固化。
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只有還活著的NCO。
⸻
才能繼續建立：
• 強度
• 交聯
• 耐熱性
• 耐溶劑性
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因此。
⸻
工程師看到NCO%。
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其實是在看：
未來還有多少反應能力。
⸻
基本原理
異氰酸酯最重要官能基：
{-}N=C=O
⸻
即：
NCO。
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當NCO與OH反應後：
NCO+OHrightarrow Urethane Bond
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NCO消失。
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形成：
Urethane Bond。
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因此。
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未反應的NCO。
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稱為：
Free NCO。
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Free NCO的意義
可理解為：
剩餘反應能力。
⸻
數值越高。
⸻
代表：
可形成更多交聯。
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可形成更多尿素鍵。
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可形成更多氨基甲酸酯鍵。
⸻
Free NCO與NCO Content差異
很多人容易混淆。
⸻
NCO Content
總NCO含量。
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Free NCO
實際未反應NCO。
⸻
在大部分PU預聚物中。
⸻
兩者通常相同概念。
⸻
但在特殊體系中。
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可能有所差異。
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為什麼要控制Free NCO？
因為：
太低。
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反應不足。
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強度不足。
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太高。
⸻
容易脆化。
⸻
容易吸濕。
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甚至影響安全性。
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因此必須平衡。
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Free NCO測定原理
工業界通常利用：
二丁胺法（Dibutylamine Method）。
⸻
NCO先與過量二丁胺反應：
NCO+HNR_2rightarrow Urea Derivative
⸻
再利用酸滴定。
⸻
計算NCO含量。
⸻
NCO理論含量
異氰酸酯基分子量：
42。
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因此：
NCO%=(42times NCO Number)/Molecular Weighttimes100
⸻
這是所有NCO計算基礎。
⸻
Free NCO與預聚物
PU接著劑最常見形式：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
結構如下：
NCO{-}Prepolymer{-}NCO
⸻
兩端保留：
Free NCO。
⸻
等待後續反應。
⸻
Free NCO與固化速度
NCO越高。
⸻
反應位點越多。
⸻
因此：
Free NCOuparrowRightarrow Cure Rateuparrow
⸻
固化速度通常增加。
⸻
Free NCO與交聯密度
交聯形成來自：
NCO反應。
⸻
因此：
Free NCO提高。
⸻
通常代表：
交聯密度提高。
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關係式
Free NCOuparrowRightarrow Crosslink Densityuparrow
⸻
Free NCO與強度
適當提高NCO。
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可提升：
• Cohesion
• Modulus
• Heat Resistance
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但過高時。
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材料可能變脆。
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Free NCO與耐熱性
高交聯結構形成後。
⸻
耐熱性提高。
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因此：
Free NCO通常與：
Heat Resistance
呈正相關。
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Free NCO與耐溶劑性
耐溶劑能力來自：
緻密網路。
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因此：
NCO提高。
⸻
耐溶劑性通常提高。
⸻
Free NCO與濕氣敏感性
NCO最大的敵人：
水。
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反應如下：
NCO+H_2Orightarrow Urea Bond+CO_2
⸻
因此：
Free NCO越高。
⸻
吸濕敏感性越高。
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Free NCO與儲存安定性
高NCO產品。
⸻
通常：
Shelf Life較短。
⸻
因為：
容易與微量水反應。
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Free NCO與安全性
游離NCO增加時。
⸻
作業環境需注意：
• 通風
• 防護設備
• 暴露控制
⸻
尤其：
MDI
與
TDI
系統。
⸻
重要數據或表格
常見PU產品NCO含量
產品類型 Free NCO (%)
軟包裝膠硬化劑 10–18
濕氣固化PU 2–8
PU預聚物 2–15
MDI單體 約33.6
HDI單體 約50
⸻
NCO含量影響
Free NCO增加 結果
固化速度 ↑
強度 ↑
交聯密度 ↑
耐熱性 ↑
耐溶劑性 ↑
脆性 ↑
吸濕敏感性 ↑
⸻
Free NCO與軟包裝膠
無溶劑貼合中。
⸻
硬化劑通常控制：
12–16% NCO。
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平衡：
• 熟化速度
• 耐蒸煮性
• 加工性
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Free NCO與鞋膠
鞋材膠。
⸻
常利用適量NCO。
⸻
提高：
最終剝離強度。
⸻
Free NCO與密封膠
濕氣固化密封膠。
⸻
通常控制：
2–6%。
⸻
兼顧：
施工性與固化能力。
⸻
Free NCO與電子材料
電子封裝膠。
⸻
通常避免過高NCO。
⸻
降低：
吸濕與應力問題。
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與接著工程的關係
Free NCO直接影響：
Cure Time
固化時間。
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Pot Life
可操作時間。
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Crosslink Density
交聯密度。
⸻
Bond Strength
接著強度。
⸻
Heat Resistance
耐熱性。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
因此是PU配方設計最重要控制參數之一。
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軟包裝案例
耐蒸煮膠。
⸻
通常需較高Free NCO。
⸻
建立高交聯網路。
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電子案例
電子膠。
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需控制NCO。
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避免吸濕問題。
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建築案例
濕氣固化密封膠。
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利用Free NCO與空氣反應完成固化。
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常見應用
PU Adhesive
聚氨酯接著劑。
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Solvent-Free Adhesive
無溶劑接著劑。
⸻
Moisture Cure PU
濕氣固化PU。
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Sealant
密封膠。
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Electronic Encapsulation
電子封裝。
⸻
TPU Prepolymer
TPU預聚物。
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相關名詞
• NCO Content（NCO含量）
• Isocyanate（異氰酸酯）
• MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）
• HDI（六亞甲基二異氰酸酯）
• IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Cure Time（固化時間）
• Moisture Cure（濕氣固化）
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FAQ
Q1：Free NCO越高越好嗎？
不一定。
過高可能造成脆化與吸濕問題。
⸻
Q2：Free NCO會自己消失嗎？
會。
遇到OH、水分或胺類都會反應消耗。
⸻
Q3：為什麼要測NCO含量？
因為它直接決定反應能力與最終性能。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，Free NCO是PU配方中最具代表性的控制指標之一。
許多工程師在評估一支PU硬化劑時，第一個看的不是品牌，也不是黏度，而是NCO%。
因為這個數字背後代表的，不只是化學組成，而是未來還能形成多少強度、多少交聯，以及多少可靠度。
在聚氨酯世界裡，真正有價值的NCO，不是已經反應掉的NCO，而是仍然準備工作的Free NCO。
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延伸閱讀
• NCO Content（NCO含量）
• Isocyanate（異氰酸酯）
• MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）
• HDI（六亞甲基二異氰酸酯）
• IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）
• Crosslink Density（交聯密度）
• Cure Time（固化時間）
• Moisture Cure（濕氣固化）
⸻
參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
3. Woods, G. The ICI Polyurethanes Book.
4. Saunders, J.H. & Frisch, K.C. Polyurethanes: Chemistry and Technology.
5. Journal of Applied Polymer Science.
6. Polymer.
7. Progress in Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
