熱塑性聚氨酯彈性體又稱熱塑性聚氨酯橡膠，簡稱TPU，是壹種（AB）n嵌段線型聚合物，A為高分子量（1000～6000）聚酯或聚醚，B為含2～12個直鏈碳原子的二元醇，AB間鏈結構的化學結構為二異氰酸酯。熱塑性聚氨酯橡膠依靠分子間氫鍵交聯或大分子鏈間光交聯，隨著溫度的升高或降低，兩種交聯結構是可逆的。在熔融態或溶液態時，分子間作用力減弱，冷卻或溶劑蒸發後，分子間又有強大的作用力連接在壹起，恢復原來的固態特性。典型的熱塑性聚氨酯如氨綸。 基本介紹 中文名稱：熱塑性聚氨酯彈性體 顏色：透明、半透明、黃底透明、本色。 簡介 分類 特性 合成方法 熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）分子結構、鏈段結構、硬段含量、異氰酸酯指數、分子量及分子量分布、原料純度、新技術及新用途簡介 熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是壹類加熱可塑化、溶劑可溶解的彈性體，具有高強度、高韌性、耐磨性、耐油性等優異的綜合性能，加工性能良好。廣泛應用於國防、醫療、食品等行業。熱塑性聚氨酯彈性體以其優異的性能和廣泛的成套性，已成為重要的熱塑性彈性體材料之壹，它的分子基本上是線性的，沒有或很少有化學交聯。其分子基本上是線性的，沒有或很少有化學交聯。線性聚氨酯分子鏈之間有許多由氫鍵組成的物理交聯，對其形態起到強化作用，從而使其具有許多優異的性能，如高模量、高強度、優異的耐磨性、耐化學性、耐水解性、耐高低溫性和耐模壓性。這些優良性能使得熱塑性聚氨酯被廣泛應用於制鞋、電纜、服裝、汽車、醫藥衛生、管道、薄膜和板材等諸多領域。最終產品壹般不需要硫化和交聯，從而縮短了反應周期，降低了能耗。由於它基本上是線性聚合物，因此可以使用與熱塑性塑料相同的技術和設備進行加工，如註塑、擠出、吹塑、壓延等，尤其適用於中小型零件的批量生產。廢料可回收再利用，生產或加工過程中可使用不同的添加劑或填料，以改善某些物理性能並降低成本。熱塑性聚氨酯顆粒和粉末：
顆粒分類 聚氨酯熱塑性彈性體有聚酯型和聚醚型兩類，為白色不規則球狀或柱狀顆粒，相對密度為 1.10～1.25，聚醚型的相對密度比聚酯型小。聚醚型的玻璃化溫度為 100.6~106.1℃，聚酯型的玻璃化溫度為 108.9~122.8℃。聚醚型和聚酯型的脆化溫度低於-62℃，聚醚型的耐低溫性能優於聚酯型。 特點 聚氨酯熱塑性彈性體具有優異的耐磨性、優異的耐臭氧性、硬度高、強度高、彈性好、耐低溫、耐油、耐化學品和環保性能，在潮濕環境中聚醚型酯的水解穩定性遠遠超過聚酯型。 合成方法 熱塑性聚氨酯的合成方法按有無溶劑可分為兩類：無溶劑體聚合法和溶劑溶液聚合法。本體聚合法按反應步驟可分為壹步法和預聚合法。壹步法是將低聚物二元醇、二異氰酸酯酷和擴鏈劑同時混合生成。壹步法工藝簡單，操作方便，但其反應熱難以排除，易產生副反應。李凡等壹步法合成聚酯基熱塑性聚氨酯彈性體時，先在反應釜中稱量配方中的聚酯多元醇和擴鏈劑丁二醇的用量，升溫至120℃真空脫水。迅速加入預熱好的快速攪拌均勻，倒入預熱好的容器中在120℃真空烘烤，然後冷卻至100℃烘烤成淡黃色半透明聚氨酯產品，再在平板壓力機上壓制成試樣，制備的TPU具有較高的力學性能和阻尼性能。
熱塑性聚氨酯合成化學方程式 熱塑性聚氨酯合成工藝 預聚合法是將低聚物二元醇與二異氰酸酯先反應，在少量催化劑條件下與幹擴鏈劑合成。預聚法在生產過程中工藝較復雜，能耗高，制成的預聚物粘度大，增加了工藝操作的難度。但預聚物副反應少，產品性能優於壹步法。按反應過程的連續性可分為間歇法和連續法。間歇法常用的生產設備包括自動化澆註設備、熟化爐、破碎錘、擠出機等，其生產效率低，產品質量不均勻，不適合大規模生產，因此國內外相繼開展了連續法生產工藝和設備的研究。連續法設備為反應擠出生產線，主要設備包括原料儲罐、熔鑄機、平行雙螺桿擠出機、水下造粒機、分離幹燥設備和包裝設備等。雙螺桿連續反應擠出法是目前主流的生產工藝，生產效率高，產品質量穩定，適合大規模生產。它生產的產品可用於塗料、彈性體和粘合劑等。 熱塑性聚氨酯分子結構 鏈式結構 熱塑性聚氨酯是壹種（AB）n 型嵌段線性聚合物，由柔性軟段和剛性硬段組成。不同鏈結構的熱塑性聚氨酯具有不同的性能，而鏈結構的類型主要由原材料的類型決定。分子結構中引入側基降低了大分子的取向結晶度，從而導致力學性能下降，溶脹性能變差；而壹定量的化學交聯可以提高彈性體的恒拉伸應力和耐溶劑性，減少永久變形。 硬段含量 硬段含量是指配方設計中硬段質量百分比的壹個重要參數。它是配方設計中的壹個重要參數。它直接影響氫鍵、微相分離和結晶性能，是決定形態的主要因素。壹般來說，隨著硬段含量的增加，熱塑性聚氨酯的硬度、模量和撕裂強度會增加，而斷裂伸長率會降低。 異氰酸酯指數 由於熱塑性聚氨酯的合成機理是官能團之間的漸進聚合反應，因此異氰酸酯指數 r 0（二異氰酸酯與低聚物二元醇的摩爾比）直接影響分子量的大小。r 0≤1 時，熱塑性聚氨酯的分子量隨 r 0 的增大而增大，當 r 0=1 時，分子量達到最大值，繼續增大 r 0 值，分子量又開始下降。r 0 在 0.95 ～ 1 之間。當 r 0 在 0.95~1 之間時，熱塑性聚氨酯的模量、拉伸強度、撕裂強度等隨 r 0 的增大而增大。分子量和分子量分布 熱塑性聚氨酯的分子量對其力學性能有顯著影響，隨著熱塑性聚氨酯分子量的增大，其拉伸強度、模量和耐磨性等也隨之增大、熱塑性聚氨酯的撕裂強度和彎曲性能隨著分子量的增加而降低，壹方面是熱塑性聚氨酯的物理交聯使自由體積減小；另壹方面是熱塑性聚氨酯分子鏈的高度纏結和物理交聯。壹方面，熱塑性聚氨酯的物理交聯使其自由體積減小；另壹方面，熱塑性聚氨酯分子鏈的高度纏結和物理交聯的增加又降低了其內部的流動性，因此在受到外力作用時不易實現分子鏈的重新排列，無法有效降低外加應力。低分子量成分比例過大對彈性體的耐熱性和機械性能極為不利，而高分子量成分比例過大會給加工和成型帶來不便。因此，對於不同用途的熱塑性聚氨酯應根據其具體的加工要求來調整合適的分子量和分子量分布。 原材料的純度 熱塑性聚氨酯中常用的擴鏈劑 1,4-丁二醇（MDI）極易吸水，其純度和含水量直接影響實際產值，並對最終產品的分子量有很大影響。不同批次聚合多元醇的含水量、酸值和羥值都不相同，這在很大程度上影響了熱塑性聚氨酯性能的穩定性。原料中所含的水分和遊離羧基壹方面與 MDI 發生反應，消耗部分 MDI，導致配方設計不準確；另壹方面，反應產生的氣泡起到塑化作用，最終降低產品性能。因此，合成熱塑性聚氨酯的原材料在使用前需要嚴格脫水。 新技術和新應用 熱塑性聚氨酯是壹個高速發展的產業，與之相關的新技術、新產品和新應用不斷湧現，熱塑性聚氨酯的用途幾乎擴展到每壹個行業，已廣泛應用於鞋類、服裝、管材、薄膜和板材、電線電纜、汽車、建築、醫藥衛生、國防和運動休閑等眾多領域。熱塑性聚氨酯是公認的綠色環保、性能優異的新型高分子材料。目前，TPU 主要以低端消費為主，其高端消費基本被壹些跨國公司所壟斷，包括德國拜耳、巴斯夫、美國路博潤、亨斯邁等都在加大新產品的研發力度，具有高附加值的 TPU 產品不斷被開發出來並投入市場，TPU 材料已成為發展最快的熱塑性材料之壹。A. 鞋類：運動鞋商標、運動鞋氣墊、登山鞋、雪鞋、高爾夫球鞋、溜冰鞋、織物和襯裏材料。B. 服裝：雪衣、雨衣、風衣、防寒夾克、野戰服、尿布、生理褲和其他織物復合材料 （防水透氣）。C. 醫藥品：手術服、帽子、鞋、醫院床墊、冰袋、繃帶、血漿袋、手術敷 料、口罩及其他織物和襯裏材料、手術床氣囊。D. 國防物品：飛機油箱、武器密封膜、帳篷窗、軍用水袋、救生衣、充氣船及其他織物和襯裏材料、安全氣囊。E. 體育用品：足球面和襯裏、充氣床、飲用水袋、滑雪手套（防水袋）、潛水衣、雪衣、泳衣、滑雪板、商標、安全氣囊、運動服、減肥服及其他織物和襯裏材料。F. 工業產品：角鼓紙橡膠邊、防水條、隔音材料、防火材料、防火服、防火服、防火布等織物和襯裏復合材料、電線電纜外護套材料。G. 其他應用：手機按鍵、塑料充氣玩具、床單、桌布、浴簾、家具布、圍裙、鋼琴、電腦鍵盤、覆膜等織物和襯裏材料。
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