熱塑性聚氨酯彈性體簡稱TPU，又稱PU熱塑料，是一(yī)種由低(dī)聚物多元醇軟段與二異氰酸酯-擴鏈劑硬段構成的(de)線性嵌段共聚物。

TPU的(de)分子(zǐ)內(nèi)含有(yǒu)-NH-COO-基團，其很多特性取決于長(cháng)鏈二元醇的(de)種類，其硬度用硬段做(zuò)比例來調節，它的(de)光老化性可(kě)加光穩定劑來加以改善，同時也取決于異氰酸酯是芳香族還是脂肪族。

芳香族異氰酸酯用于不在乎紫外光照射會氧化變色的(de)場合。用芳香族聚異氰酸酯制備的(de)聚氨酯塗料容易被氧化，因此，在陽光直射下，更易退化。

與此相反，脂肪族異氰酸酯主要用于制造光穩定塗料。在一(yī)定需要對紫外光或日光穩定的(de)場合，例如(rú)汽車清漆及許多水性配方中，就得用這類産品。

脂肪族聚異氰酸酯使聚氨酯塗料擁有(yǒu) 卓越的(de)耐化學(xué)性 及 良好的(de)耐老化性。由于不含苯基團，脂肪族異氰酸酯的(de)應用确保了在惡劣條件下的(de)持久附着力。

與脂肪族衍生物相比，這兩類産品的(de)衍生物使塗料的(de)耐老化性差(黃變)、耐化學(xué)性差(特别是較差的(de)耐堿性)。因此芳香族聚異氰酸脂主要被應用于室內(nèi)(地(dì)闆塗料、儲罐塗料等)或用于底漆。即使是底漆，在汽車領域也用得越來越少，因為(wèi)底漆的(de)泛黃會影響面漆顔色，并引起層間剝離(lí)。

一(yī)般來說，芳香族聚異氰酸酯并非主要用于塗料。比如(rú)，80%的(de)TDI産品用于制造軟泡，而65%MDI産品用于制造硬泡。

TPU的(de)軟質段可(kě)使用多種的(de)聚醇，大緻上可(kě)分為(wèi)聚醚系及聚酯系兩種。

聚醚型(Ether):高(gāo)強度、耐水解和(hé)高(gāo)回彈性，低(dī)溫性能好。

聚酯型(Ester):較好的(de)拉伸性能、撓曲性能、耐摩損性以及耐溶劑性能和(hé)耐較高(gāo)溫度。

軟質段的(de)差異，對物性所形成的(de)影響如(rú)下 :

抗拉強度 聚酯系 > 聚醚系

撕裂強度 聚酯系 > 聚醚系

耐磨耗性 聚酯系 > 聚醚系

耐藥品性 聚酯系 > 聚醚系

濕氣蒸發性 聚酯系 < 聚醚系

低(dī)溫沖擊性 聚酯系 < 聚醚系

透明性 聚酯系 > 聚醚系

耐菌性 聚酯系 < 聚醚系

(1)聚醚型TPU的(de)生産原料主要有(yǒu)4-4’—二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、聚四氫呋喃(PTMEG)、1、4—丁二醇(BDO)，其中MDI的(de)用量約在40%左右，PTMEG約占40%，BDO約占20%。

(2)聚酯型的(de)TPU生産原料主要有(yǒu)4-4’—二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、1、4—丁二醇(BDO)、己二酸(AA)，其中MDI的(de)用量約在40%，AA約占35%，BDO約占25%。

聚醚的(de)相對分子(zǐ)質量分布遵循Poisson幾率方程，相對分子(zǐ)質量分布較窄;而聚酯二元醇的(de)相對分子(zǐ)質量分布則服從Flory幾率分布，相對分子(zǐ)質量分布較寬。

軟段的(de)分子(zǐ)量對聚氨酯的(de)力學(xué)性能有(yǒu)影響，一(yī)般來說，假定聚氨酯分子(zǐ)量相同，其軟段若為(wèi)聚酯，則聚氨酯的(de)強度随作聚酯二醇分子(zǐ)量的(de)增加而提高(gāo);若軟段為(wèi)聚醚，則聚氨酯的(de)強度随聚醚二醇分子(zǐ)量的(de)增加而下降，不過伸長(cháng)率卻上升。這是因為(wèi)聚酯型軟段本身極性就較強，分子(zǐ)量大則結構規整性高(gāo)，對改善強度有(yǒu)利，而聚醚軟段則極性較弱，若分子(zǐ)量增大，則聚氨酯中硬段的(de)相對含量就減小，強度下降。

聚醚、聚酯等低(dī)聚物多元醇組成軟段。軟段在聚氨酯中占大部分，不同的(de)低(dī)聚物多元醇與二異氰酸酯制備的(de)聚氨酯性能各不相同。極性強的(de)聚酯作軟段得到的(de)聚氨酯彈性體及泡沫的(de)力學(xué)性能較好。因為(wèi)，聚酯制成的(de)聚氨酯含極性大的(de)酯基，這種聚氨酯內(nèi)部不僅硬段間能夠形成氫鍵，而且軟段上的(de)極性基團也能部分地(dì)與硬段上的(de)極性基團形成氫鍵，使硬相能更均勻地(dì)分布于軟相中，起到彈性交聯點的(de)作用。在室溫下某些聚酯可(kě)形成軟段結晶，影響聚氨酯的(de)性能。聚酯型聚氨酯的(de)強度、耐油性、熱氧化穩定性比PPG聚醚型的(de)高(gāo)，但耐水解性能比聚醚型的(de)差。

聚酯型熱塑性聚氨酯用碳化二亞胺進行(xíng)保護後，耐水解性有(yǒu)所提高(gāo)。聚醚酯型熱塑性聚氨酯和(hé)聚醚型熱塑性聚氨酯在高(gāo)溫下的(de)耐水解性最好。

聚酯易受水分子(zǐ)的(de)侵襲而發生斷裂，且水解生成的(de)酸又能催化聚酯的(de)進一(yī)步水解。聚酯種類對彈性體的(de)物理(lǐ)性能及耐水性能有(yǒu)一(yī)定的(de)影響。随聚酯二醇原料中亞甲基數目的(de)增加，制得的(de)聚酯型聚氨酯彈性體的(de)耐水性提高(gāo)。酯基含量較小，其耐水性也較好。同樣，采用長(cháng)鏈二元酸合成的(de)聚酯，制得的(de)聚氨酯彈性體的(de)耐水性比短(duǎn)鏈二元酸的(de)聚酯型聚氨酯好。

聚酯型軟質熱塑性聚氨酯與潮濕的(de)土壤長(cháng)時間接觸，會被微生物侵蝕，而聚醚型軟質或硬質熱塑性聚氨酯以及聚醚型熱塑性聚氨酯或硬質熱塑性聚氨酯通常不會受到微生物侵蝕。

聚醚類聚氨酯彈性體照比聚酯類聚氨酯彈性體在價格方面要高(gāo)出很多，其主要原因為(wèi)：

①聚醚類聚氨酯彈性體具備良好的(de)耐水解性能、耐低(dī)溫性能、耐彎曲性能。

②構成TPU軟段的(de)聚醚類多元醇與聚酯類多元醇相較之下，其生産原料價格較高(gāo)。

③聚醚類多元醇生産工藝照比聚酯類多元醇要複雜很多。

④聚醚類多元醇在反應過程中各工藝條件較難控制。

⑤在生産聚醚類多元醇時，對生産設備的(de)要求較高(gāo)，同時，生産過程中還要注意采取一(yī)定的(de)防護措施。

正如(rú)我們所知道(dào)的(de)那樣，聚氨酯是極性聚合物，當其暴露在空氣中時會慢慢吸濕。用吸濕的(de)TPU料粒熔融加工成型，水在加工溫度下氣化，使得制品表面不光滑，內(nèi)部産生氣泡，物性降低(dī)，因此為(wèi)了保證制品的(de)性能和(hé)防止熔融加工時水分氣化引起的(de)氣泡，在TPU加工之前，一(yī)般需要對料粒進行(xíng)幹燥處理(lǐ)。

我們在前面TPU酯類與醚類水解穩定性比較的(de)時候也已作過分析，由于聚酯易受水分子(zǐ)的(de)侵襲而發生斷裂，且水解生成的(de)酸又能催化聚酯的(de)進一(yī)步水解，通常情況下，在同等條件時，聚酯類TPU比聚醚類TPU的(de)含水量要高(gāo)出很多，因此在幹燥過程中要對聚酯類TPU尤為(wèi)注意，要注意将其徹底烘幹，嚴格對烘幹條件進行(xíng)控制。

聚合物熔體在注塑時，無論是預塑階段還是注射階段，熔體都要經受內(nèi)部靜壓力和(hé)外部動壓力的(de)聯合作用。保壓階段，聚合物熔體将受到高(gāo)壓作用，在此壓力下，分子(zǐ)鏈段間的(de)自(zì)由體積要受到壓縮，由于分子(zǐ)鏈間自(zì)由體積減小，大分子(zǐ)鏈段的(de)靠近使分子(zǐ)間作用力加強即表現粘度提高(gāo)，另外，由于聚醚類TPU其醚鍵內(nèi)聚能較低(dī)，鍵的(de)旋轉位壘較小，從而導緻增強分子(zǐ)鏈的(de)緊密鏈段間的(de)作用較小，所以在壓縮時，分子(zǐ)鏈相對位移較大，于是粘度表現了能在較大的(de)範圍內(nèi)變化。

另外，由于聚醚類TPU其分子(zǐ)鏈較聚酯類TPU而言要柔順許多，故其永久性形變較難形成，因此在對聚醚類TPU加工過程中進行(xíng)保壓時，與聚酯類TPU相較而言，聚醚類TPU要控制較長(cháng)的(de)保壓時間。

由于在一(yī)般情況下，分子(zǐ)量增加使分子(zǐ)鏈段加長(cháng)，分子(zǐ)鏈重心移動越慢，鏈段間的(de)相對位移抵消機(jī)會越多，分子(zǐ)長(cháng)鏈的(de)柔性加大，纏結點增多，鏈的(de)解脫和(hé)滑移困難，使流動過程阻力增大，需要的(de)時間和(hé)能量也增加，表現出粘度對剪切的(de)敏感性。

而通常情況下聚酯類TPU照比聚醚類TPU的(de)分子(zǐ)質量要大，故其加工成型所需時間也會較長(cháng)。

由于通常情況下聚酯類TPU照比聚醚類TPU的(de)分子(zǐ)質量分布較寬，故其加工過程中所需溫度較高(gāo)。由于聚醚類TPU的(de)氮氧鍵較易斷裂，因此需要相對較低(dī)的(de)溫度便可(kě)實現對其的(de)加工。

由于聚酯類TPU其分子(zǐ)內(nèi)聚能較大，其分子(zǐ)結構中的(de)氮氧鍵亦較難斷裂，故對其加工即破壞其分子(zǐ)鍵亦需要較高(gāo)溫度及壓力。

由于聚酯類TPU內(nèi)磨擦較大，分子(zǐ)內(nèi)聚能較大，故使其冷卻即使其恢複正常狀态較困難，因此需要較長(cháng)的(de)冷卻時間。

由于聚醚類TPU醚鍵內(nèi)聚能較低(dī)，鍵的(de)旋轉位壘較小，随着聚醚相對分子(zǐ)質量的(de)增加，鏈更柔順，其分子(zǐ)鏈具有(yǒu)高(gāo)度的(de)柔順性，故表現出很好的(de)流動性，而聚酯類TPU則稍遜。