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熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是一類加熱可以塑化、溶劑可以溶解的彈性體，具有高強度、高韌性、耐磨、耐油等優(yōu)異的綜合性能，加工性能好，廣泛應用于國防、醫(yī)療、食品等行業(yè)。^[1]

熱塑性聚氨酯彈性體， 以其優(yōu)異的性能和廣泛的應用， 已成為重要的熱塑性彈性體材料之一，其分子基本上是線型的， 沒有或很少有化學交聯(lián)。線型聚氨酯分子鏈之間存在著許多氫鍵構(gòu)成的物理交聯(lián)， 氫鍵對其形態(tài)起到強化作用， 從而賦予許多優(yōu)良的性能， 如高模量、高強度， 優(yōu)良的耐磨性、耐化學品、耐水解性、耐髙低溫和耐霉菌性。這些良好的性能使得熱塑性聚氨酯被廣泛應用于鞋材、電纜、服裝、汽車、醫(yī)藥衛(wèi)生、管材、薄膜和片材等許多領(lǐng)域。最終制品一般不需要進行硫化交聯(lián)， 可以縮短反應周期， 降低能耗。由于它基本上是線型結(jié)構(gòu)聚合物， 可采用與熱塑性塑料同樣的技術(shù)和設備來加工， 如注塑、擠出、吹塑、壓延等， 特別適用于大批量生產(chǎn)的中、小型尺寸部件。廢棄物料能夠回收并重新利用， 生產(chǎn)或加工過程中可使用不同助劑或填料來改善某些物理性能并降低成本。

TPU顆粒及粉狀物：

聚氨酯熱塑性彈性體有聚酯型和聚醚型兩類，白色無規(guī)則球狀或柱狀顆粒，密度1.10~1.25g/cm³，聚醚型相對密度比聚酯型小。聚醚型玻璃化溫度為100.6~106.1℃，聚酯型玻璃化溫度108.9~122.8℃。聚醚型和聚酯型的脆性溫度低于-62℃，聚醚型耐低溫性能優(yōu)于聚酯型。^[2]

聚氨酯熱塑性彈性體突出的特點是耐磨性優(yōu)異、耐臭氧性、硬度大、強度高、彈性好、耐低溫，有良好的耐油、耐化學藥品和耐環(huán)境性能，在潮濕環(huán)境中聚醚型酯水解穩(wěn)定性遠超過聚酯型。

TPU的合成方法按有無溶劑可分為兩類： 無溶劑的本體聚合法和有溶劑的溶液聚合法。本體聚合按反應步驟又可分為一步法和預聚體法。一步法是將低聚物二元醇、二異氰酸酷和擴鏈劑同時混合生成。一步法工藝簡單， 操作方便， 但其反應熱難以排除， 易產(chǎn)生副反應。用一步法合成了聚酯型熱塑性聚氨酯彈性體， 首先在反應器中稱取配方量的聚酯多元醇和擴鏈劑， 丁二醇， 升溫至120℃真空脫水。迅速加入已預熱的快速攪拌均勻， 倒入已預熱的容器中， 于120℃真空焙烘，再降溫至100℃烘得淺黃色半透明聚氨酯產(chǎn)物， 之后在平板壓機上壓制成試片，制備的TPU具有較高的力學性能和阻尼性能。^[3]

預聚體法是將低聚物二元醇和二異氰酸酯先反應，在少量催化劑條件下與干燥的擴鏈劑合成。預聚體法在制作中的工藝過程較復雜，耗能高，制成的預聚體粘度大，增加了工藝操作難度。但預聚體副反應少， 制成的產(chǎn)品性能優(yōu)于一步法。

按反應過程的連續(xù)性可分為間歇法和連續(xù)法。間歇法常用的生產(chǎn)設備包括自動化澆注設備、熟化烘箱、破碎錘、擠出機等， 其生產(chǎn)效率低， 產(chǎn)品質(zhì)量不均， 不適合大規(guī)模生產(chǎn)， 因此國內(nèi)外相繼進行了連續(xù)化生產(chǎn)工藝及設備的研究。連續(xù)法設備為反應擠出生產(chǎn)線， 其主要設備包括原料貯罐、澆注機、平行雙螺桿擠出機、水下切粒機、分離干燥設備和封裝設備。雙螺桿連續(xù)反應擠法是目前生產(chǎn)的主流工藝， 生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定， 適合大規(guī)模生產(chǎn)。它生產(chǎn)的可用于涂料、彈性體和黏合劑等方面。

TPU是一種(AB)_n型嵌段線性聚合物， 由柔性軟段和剛性硬段構(gòu)成。不同鏈段結(jié)構(gòu)的TPU具有不同的性能， 而鏈段結(jié)構(gòu)的類型主要由原料種類決定。分子結(jié)構(gòu)中引入側(cè)基會降低大分子間的取向結(jié)晶性， 從而導致力學性能下降、溶脹性能變差； 而一定的化學交聯(lián)可以提高彈性體的定伸應力和耐溶劑性能，降低形變。

硬段含量是指硬段在中的質(zhì)量百分數(shù)，是配方設計中一個重要參數(shù)。硬段含量直接影響的氫鍵、微相分離程度以及結(jié)晶性能， 是決定其形態(tài)的主要因素。一般來講， 隨著硬段含量的增加，TPU的硬度、模量以及撕裂強度等增加， 而扯斷伸長率下降。

由于TPU的合成機理是在官能團之間進行的逐步加聚反應， 所以異氰酸酯指數(shù)r₀（二異氰酸酯與低聚物二醇的摩爾比） 直接影響分子量的大小。r₀≤1時，TPU分子量隨著r₀的增大而增大，當r₀=1時，分子量達到， 再繼續(xù)增加r₀值，分子量又開始下降。r₀在0.95~1之間時，TPU模量、拉伸強度、撕裂強度等隨著r₀的增加而增加。

TPU分子量對其力學性能有明顯影響， 隨著TPU分子量的增加， 拉伸強度、模量及耐磨性等都增加， 當分子量達到一定程度時這些性能趨于平穩(wěn)。TPU撕裂強度和耐曲撓性能隨著分子量的增大而降低，一方面TPU物理交聯(lián)使其自由體積減小； 另一方面，TPU分子鏈的高度纏結(jié)和物理交聯(lián)的增加降低了他們的內(nèi)部流動性， 受到外力作用時， 分子鏈重排不易實現(xiàn)而無法有效減輕施加的應力。低分子量組分的比例大時，對彈性體的耐熱性能和力學性能極為有害， 而過高分子量組分的比例太大時會對加工成型帶來不便。因此對于不同用途的TPU應根據(jù)其具體加工要求來調(diào)節(jié)合適的分子量及分子量分布。

TPU常用的擴鏈劑1,4-丁二醇（BDO），極易吸水， 其純度及水分含量直接影響到實際生產(chǎn)的值， 對最終產(chǎn)品的分子量影響很大。MDI易自聚，若保存不好易生成二聚體。聚合多元醇的水分含量、酸值、羥值等因批次不同而存在差異， 較大程度上影響了TPU性能的穩(wěn)定性。原料中含有的水分和游離的羧基，一方面與MDI反應， 消耗了部分MDI造成配方設計的不準確；另一方面，反應生成的氣泡起到塑化的作用，最終降低了產(chǎn)品的性能。因此用于合成TPU的原料在使用之前都需要嚴格脫水。^[3]

TPU是高速發(fā)展的行業(yè)， 與之相關(guān)的新技術(shù)、新產(chǎn)品及新用途不斷涌現(xiàn)，TPU的用途幾乎延伸到各個行業(yè)， 目前已被廣泛應用于鞋材、服裝、管材、薄膜和片材、線纜、汽車、建筑、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防及運動休閑等許多領(lǐng)域。TPU被為一種綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的新型高分子材料。目前TPU主要以低端消費為主，其消費領(lǐng)域基本被一些跨國公司主導， 包括德國拜耳、巴斯夫， 美國路博潤、亨斯邁等都在增加新產(chǎn)品的研發(fā)力度， 具有高附加值的TPU產(chǎn)品不斷被開發(fā)并投入市場， TPU材料已成為發(fā)展的熱塑性材料之一。

A．鞋類：運動鞋Logo、運動鞋氣墊、登山鞋、雪鞋、高爾夫球鞋、溜冰鞋、之面料及內(nèi)里貼合材料。

B．成衣類：雪衣、雨衣、風衣、防寒夾克、野戰(zhàn)服、紙尿褲、 生理褲、等面料復合材料（防水透濕）。

C．醫(yī)藥類：手術(shù)衣、帽、鞋、 醫(yī)院用褥墊、冰袋、繃帶、、外科用包扎布條、口罩、等面料及內(nèi)里材料，氣囊。

D．國防用品：飛機油箱，封存覆膜、帳棚窗口、水袋、救生衣，充汽艇等之面料及內(nèi)里面料，氣囊。

E．運動用品：足球表面及內(nèi)膽、充氣床、飲水袋、滑雪手套（防水袋）、潛水衣、雪衣、泳裝、滑雪板、商標、 氣囊、運動衫、衣等面料及內(nèi)里材料。

F．工業(yè)用品：喇叭鼓紙橡膠邊、防水條，隔音材、防火材、防火衣 、消防服、防火布等面料及內(nèi)里復合材料、電線電纜外護套材料。

G．其他用途：手機按鍵、塑料充氣玩具、床單、桌巾、浴簾、家具用布、圍裙、鋼琴、電腦鍵盤、覆膜等面料及內(nèi)里材料。