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個品種（其他品種指聚氨酯泡沫、聚氨酯膠粘劑、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的三大類型之一，人們通常簡稱為TPU（聚氨酯彈性體的另外兩大類澆體鑄體是鑄型氨酯；

TPU是一種可加熱塑化、可用溶劑溶解的聚氨酯彈性體。與CPU、MPU相比，TPU在化學結構中幾乎沒有或完全沒有化學交聯，其分子鏈基本上為線性，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）嵌段線型聚合物。 A代表分子量較高的聚合物多元醇（酯或聚醚，分子量為1000~6000），稱為長鏈；B代表含有2~12個碳原子的直鏈二元醇，稱為短鏈。

在熱塑性聚氨酯彈性體的結構中，A鏈段稱為軟鏈段，具有柔韌性和柔軟性，使TPU具有延展性；B鏈段與異氰酸酯反應生成的氨基甲酸酯鏈段稱為硬鏈段，兼具剛性和硬性。透過調節A、B鏈段的比例，可以製成不同物理機械性質的TPU製品。

依軟段結構可分為聚酯型、聚醚型、丁二烯型，分別含有酯基、醚基、丁烯基；依硬段結構可分為聚氨酯型、聚氨酯脲型，分別由乙二醇擴鏈劑或二胺擴鏈劑製得。常見的分類為聚酯型和聚醚型。

TPU合成的原料有哪些？

(1) 聚合物二醇

分子量在500~4000之間，含有雙官基團的大分子二醇，在TPU彈性體中的含量為50%~80%，對TPU的物理和化學性質有決定性的作用。

適用於TPU彈性體的聚合物二醇可分為聚酯和聚醚兩大類：聚酯包括聚四亞甲基己二酸二醇酯（PBA）εPCL、PHC等；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

分子量小，但功能突出，不僅起到連接軟段和硬段的作用，也賦予TPU各種良好的物理機械性質。適用於TPU的二異氰酸酯有：二苯基甲烷二異氰酸酯（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

分子量在100~350之間的擴鏈劑，屬於小分子二醇，分子量小、鏈結構開通、無取代基，有利於TPU獲得較高的硬度和較高的分子量。適用於TPU的擴鏈劑有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作為增韌劑的改質應用

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以作為常用的增韌劑來增韌各種熱塑性和改性橡膠材料。

聚氨酯由於極性較大，能與極性樹脂或橡膠相容，如氯化聚乙烯（CPE），可用於製造醫療產品；與ABS共混可替代工程熱塑性塑料使用；與聚碳酸酯（PC）並用，具有耐油、耐燃料、抗衝擊等性能，可用於製造汽車車身；與聚酯共混可提高其韌性；此外，它與PVC、聚體；或PVDC有很好的相容性；聚酯型聚氨酯與15%丁腈橡膠或40%丁腈橡膠/PVC共混物有很好的相容性；聚醚型聚氨酯與40%丁腈橡膠/聚氯乙烯共混膠也具有良好的相容性；還可與丙烯腈-苯乙烯（SAN）共聚物共聚矽烷網絡混合矽烷類可與反應形成性混氧烷）；上述共混膠黏劑絕大多數已正式生產。

近年來，國內關於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，而且顯著增韌了POM。有研究表明，在拉伸斷裂試驗中，與POM基體相比，TPU改性POM合金由脆性斷裂轉變為延性斷裂。 TPU的加入也賦予了POM形狀記憶性能，POM的結晶區作為形狀記憶合金的固定相，而非晶態TPU與POM的非晶態區作為可逆相。當回復響應溫度為165℃，回復時間為120s時，合金的回復率可達95%以上，回復效果最佳。

TPU與聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠、丁二烯橡膠、異戊橡膠等非極性高分子材料或廢橡膠粉相容性較差，無法製備性能優良的複合材料，因此對後者常採用等離子、電暈、濕化學、底塗、火焰或反應氣體等表面處理方法。例如美國空氣產品與化學公司對分子量為300-500萬的超高分子量聚乙烯細粉進行了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，可顯著提高其彎曲模量、拉伸強度和耐磨性。而且長度為6-35mm的定向拉長的短纖維也可進行F2/O2活性氣體表面處理，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（現更名為路博潤公司）首次註冊了TPU品牌Estane。 40多年來，全球已擁有超過20個品牌名稱，每個品牌下方包含多個系列產品。目前，全球主要的TPU原料生產商有：巴斯夫、科思創、路博潤、亨斯邁公司、麥肯錫、戈爾丁等。

TPU作為一種性能優異的彈性體，其下游產品種類繁多，廣泛應用於日用品、運動用品、玩具、裝飾材料等領域。以下列舉幾個例子。

① 鞋材

TPU因其優異的彈性和耐磨性，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度高很多，因此在高階鞋類產品中得到更廣泛的應用，尤其是一些運動鞋和休閒鞋。

② 軟管

TPU軟管由於其柔軟性、良好的拉伸強度、衝擊強度、耐高低溫等性能，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氣、油軟管。

③ 電纜

TPU具有抗撕裂、耐磨和彎曲的特性，而耐高低溫性能是電纜性能的關鍵。因此，在中國市場，控制電纜和電力電纜等高階電纜採用TPU來保護複雜電纜設計的塗層材料，其應用範圍也日益廣泛。

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酯（Phthalate）等化學有害物質，不會遷移到醫用導管或醫用袋中的血液或其他液體中而引起副作用。此外，我們專門開發的擠出級和射出級TPU，只需在現有的PVC設備上進行少量調試即可輕鬆使用。

⑤車輛及其他交通工具

採用聚氨酯熱塑性彈性體在尼龍織物兩面擠出塗覆，可製成載客3-15人的充氣式戰鬥攻擊筏、偵察筏，其性能比硫化橡膠充氣筏好得多；用玻璃纖維增強3-15人的充氣式戰鬥攻擊筏、偵察筏，其性能比硫化橡膠充氣筏好得多；用玻璃纖維增強的聚氨酯熱塑性彈性體可用於製造車身部件，如汽車本身兩側的成型成型、車門。