什麼是熱塑性聚氨酯彈性體？

什麼是熱塑性聚氨酯彈性體？

聚氨酯彈性體是聚氨酯合成材料的一種（其他品種是指聚氨酯泡沫、聚氨酯黏合劑、聚氨酯塗料和聚氨酯纖維），而熱塑性聚氨酯彈性體是聚氨酯彈性體三類之一，人們通常稱之為TPU（聚氨酯彈性體）。

TPU是一種可透過加熱塑化並被溶劑溶解的聚氨酯彈性體。與CPU和MPU相比，TPU的化學結構中很少或沒有化學交聯。其分子鏈基本上呈線性，但存在一定程度的物理交聯。這是結構上非常有特色的熱塑性聚氨酯彈性體。

TPU的結構及分類

熱塑性聚氨酯彈性體是一種（AB）嵌段線性聚合物。A代表高分子量的聚合物多元醇（酯或聚醚，分子量1000~6000），稱為長鏈；B代表含有2-12個碳原子的直鏈二醇，稱為短鏈。

熱塑性聚氨酯彈性體結構中，A鏈段稱為軟鏈段，具有柔韌、柔軟的特點，使TPU具有延伸性；B段與異氰酸酯反應生成的氨基甲酸酯鏈稱為硬段，兼具剛性和硬性。透過調整A、B段的比例，製成不同物理機械性質的TPU製品。

依軟鏈段結構可分為聚酯型、聚醚型、丁二烯型，分別含有酯基、醚基或丁烯基。依硬段結構可分為氨基甲酸酯型和氨基甲酸酯脲型，分別由乙二醇擴鏈劑或二胺擴鏈劑得到。常見分類分為聚酯型和聚醚型。

TPU合成原料有哪些？

(1) 聚合物二醇

分子量為500～4000、雙官能基的大分子二醇，在TPU彈性體中含量為50%～80%，對TPU的物理、化學性質有決定性作用。

適用於TPU彈性體的聚合物二醇可分為聚酯和聚醚：聚酯包括聚四亞甲基己二酸二醇（PBA）εPCL、PHC；聚醚包括聚氧丙烯醚二醇(PPG)、四氫呋喃聚醚二醇(PTMG)等。

(2)二異氰酸酯

分子量雖小但功能突出，不僅起到連接軟段和硬段的作用，而且賦予TPU各種良好的物理機械性質。適用於TPU的二異氰酸酯有：亞甲基二苯基二異氰酸酯（MDI）、亞甲基雙（-4-環己基異氰酸酯）（HMDI）、對苯基二異氰酸酯（PPDI）、1,5-萘二異氰酸酯（NDI）、對苯基二甲基二異氰酸酯（ PXDI）等

(3) 擴鏈劑

分子量為100~350的擴鏈劑，屬於小分子二醇，分子量小，開鏈結構，無取代基，有利於獲得高硬度和高標量的TPU。適用於TPU的擴鏈劑包括1,4-丁二醇（BDO）、1,4-雙（2-羥基乙氧基）苯（HQEE）、1,4-環己烷二甲醇（CHDM）、對苯基二甲基乙二醇（PXG）等。

TPU增韌劑的改質應用

為了降低產品成本並獲得附加性能，聚氨酯熱塑性彈性體可作為常用的增韌劑，對各種熱塑性和改性橡膠材料進行增韌。

由於其高極性，聚氨酯可以與極性樹脂或橡膠相容，例如氯化聚乙烯（CPE），可用於製造醫療產品；與ABS共混可取代工程熱塑性塑膠使用；與聚碳酸酯（PC）配合使用，具有耐油、耐燃料、耐衝擊等性能，可用於製造汽車車身；與聚酯複合時，可提高其韌性；此外，與PVC、聚甲醛或PVDC具有良好的相容性；聚酯型聚氨酯與15%丁腈橡膠或40%丁腈橡膠/PVC共混物具有良好的相容性；聚醚型聚氨酯也可以與40%丁腈橡膠/聚氯乙烯共混膠有很好的相容性；也可與丙烯腈苯乙烯（SAN）共聚物共相容；它可以與反應性聚矽氧烷形成互穿網絡（IPN）結構。上述混合膠絕大多數已正式生產。

近年來，國內對TPU增韌POM的研究日益增加。TPU與POM共混不僅提高了TPU的耐高溫性能和機械性能，而且還顯著增韌了POM。有研究人員表明，在拉伸斷裂試驗中，與POM基體相比，含有TPU的POM合金已從脆性斷裂轉變為韌性斷裂。TPU的加入也賦予了POM形狀記憶表現。POM的結晶區作為形狀記憶合金的固定相，而非晶TPU和POM的非晶區作為可逆相。當回復響應溫度為165℃、回復時間為120秒時，合金的回復率達95%以上，回復效果最佳。

TPU很難與聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠、順丁橡膠、異戊二烯橡膠或廢膠粉等非極性高分子材料相容，不能用來生產性能良好的複合材料。因此，後者常採用等離子、電暈、濕化學、底漆、火焰或反應氣體等表面處理方法。例如，美國空氣化學產品公司對分子量3-500萬的超高分子量聚乙烯細粉進行F2/O2活性氣體表面處理，並以10的比例添加到聚氨酯彈性體中。模量、拉伸強度和耐磨性。而F2/O2活性氣體表面處理也可應用於長度為6-35mm的定向伸長短纖維，可提高複合材料的剛度和撕裂韌性。

TPU的應用領域有哪些？

1958年，古德里奇化學公司（現更名為路博潤）首次註冊了TPU品牌Estane。40年來，全球出現了20多個品牌，每個品牌都有多個系列的產品。目前，全球主要的TPU原料生產商有：巴斯夫、科思創、路博潤、亨斯曼公司、麥肯錫、高丁等。

TPU作為優良的彈性體，下游產品種類繁多，廣泛應用於日用品、運動用品、玩具、裝飾材料等領域。下面是一些例子。

① 鞋材

TPU因其優異的彈性和耐磨性而主要用於鞋材。含有TPU的鞋類產品比一般鞋類產品穿著舒適得多，因此更廣泛地應用於高端鞋類產品，特別是一些運動鞋和休閒鞋。

② 軟管

由於TPU軟管具有柔軟性、良好的拉伸強度、衝擊強度、耐高低溫等特點，在國內被廣泛用作飛機、坦克、汽車、摩托車、工具機等機械設備的輸氣、輸油軟管。

③ 電纜

TPU提供抗撕裂、耐磨和彎曲特性，其中耐高低溫是電纜性能的關鍵。因此在中國市場，控制電纜、電力電纜等先進電纜均採用TPU來保護複雜電纜設計的塗層材料，其應用也日益廣泛。

④ 醫療器械

TPU是一種安全、穩定、優質的PVC替代材料，不會含有鄰苯二甲酸鹽等化學有害物質，不會遷移到醫用導管或醫用袋內的血液或其他液體中而產生副作用。而且，專門開發的擠出級和注射級TPU只需在現有的PVC設備上進行少量調試即可輕鬆使用。

⑤ 車輛及其他運輸工具

透過在尼龍織物的兩面擠出塗敷聚氨酯熱塑性彈性體，可製成承載3-15人的充氣戰鬥攻擊筏和偵察筏，其性能比硫化橡膠充氣筏好得多；玻璃纖維增強聚氨酯熱塑性彈性體可用於製造汽車本身兩側模壓件、門皮、保險桿、減摩條、格柵等車身部件。