热塑性聚氨酯弹性体应用3

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1、热塑性聚氨酯弹性体的应用徐文超宋文生李雪娟李国芝河南科技大学化工与制药学院洛阳471003摘要:热塑性聚氨酯弹性体是一类性能优越、用途广泛的高分子合成材料。本文在简要介绍热塑性聚氨酯弹性体在国内外发展历程、结构与分类、主要原材料及合成工艺基础上，重点阐述了其在医学、轮胎、汽车、胶布与充气囊体、微发泡材料等方面的应用。关键词:热塑性聚氨酯弹性体，结构，合成工艺，应用热塑性聚氨酯弹性体(thermoplasticpolyurethaneelastomer，简称TPU)是一类加热可熔融、溶剂可溶解、综合性能优良的高分子合成材料。TPU的高强度、高弹性、耐磨、耐油、耐低

2、温和耐老化等特性，使其应用领域十分广泛。自1960年Goodrich公司首次实现TPU工业化生产以来，TPU的发展一直呈上升趋势。1960年，Goodrich公司开发出商品牌号为Ethane的TPU；1961年，Mobay公司实现了半热塑性聚氨酯弹性体的商品化，其牌号为Texin；之后，Dow化学公司的Pellethane、Bayer公司的Desmopan、BASF公司的Elastollan以及大日本油墨公司的Pandex等商业化TPU相继问世。国内最早由山西省化工研究所于1973年开展TPU研发，其后TPU在国内得到快速的发展。1985年，天津聚氨酯塑料制品厂

3、在国内首次生产出TPU弹性体供应市场，而黎明化工研究院同期承担了TPU磁带胶和鞋用胶的研发；为满足国内市场对TPU的需求，吉明公司于1993年利用国产设备进行TPU生产；此后，国内从事TPU生产企业数量在不断增多，如烟台华大(现万华超纤股份有限公司)、天津大邱庄尧舜集团、济南五三所、广东台资企业、福建台资企业[1]；从2000年起，TPU在国内更是呈现出蓬勃发展的局面。2005年，国内TPU的产量约为4万吨，产能10余万吨[2]。2006年，国内TPU的产能约为12.3万吨[3]。1结构与分类TPU是一种（AB）n型嵌段线性聚合物，A代表高分子量的聚合物多元醇（

4、聚酯或聚醚，分子量为1000～6000），俗称长链；B代表含2～12个碳原子的直链二醇，俗称短链。AB链间由二异氰酸酯与羟基反应得到的氨基甲酸酯键相连接，依此获得线性聚氨酯大分子，反应式如下。——————————————————*：河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目（豫教高[2005]461号）**：通讯联系人,E-mail:songwensheng@eyou.com作者简介：徐文超（1982-），男，河南漯河人，硕士研究生，从事聚氨酯原材料及应用研究。10AB异氰酸酯在TPU结构中，A链段具有柔韧特性，构成TPU的软段；B与异氰酸酯反应生成刚性的氨酯链，构

5、成TPU的硬段。调整软硬链段的比例，可制备具有不同机械性能的TPU制品[4]。因此，影响TPU机械性能的参数包括：软段分子量、软段含量、硬段分子量、硬段含量、异氰酸酯指数以及TPU的聚合度[5]。TPU产品一般为颗粒状，按其结构特点可分为两大类：一类以美国Goodrich公司Estane为代表，此类TPU为完全热塑性的聚合物，分子间不存在交联，颗粒贮存稳定性好，成型时十分稳定，制品的机械性能十分优异，但因不存在一级交联键，制品的压缩永久变形比较大，耐化学药品性也稍差些；另外一类以美国Mobay公司Texin为代表，TPU颗粒中存在少量异氰酸基，成型后分子间会产生

6、少量交联，使树脂呈现出一定的热固性，加热可提高其制品性能，此类弹性体的压缩永久变形小、耐化学药品性佳。2合成TPU的基本原料合成TPU的原料主要有三大类，即低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂。除此之外，有时为提高反应速度，改善加工性能及制品性能，降低成本等目的，还需加入某些助剂[6]。低聚物多元醇为分子质量500～4000(通常1000～2000)的大分子二元醇，包括聚酯多元醇和聚醚多元醇，常用的聚酯多元醇有聚己二酸乙二醇酯(PBA)、聚己内酯二醇(PCL)、聚碳酸酯二醇(PCD)、聚六亚甲基碳酸酯二醇(PHC)等，常用的聚醚多元醇有聚四氢呋喃二醇(PTMG)、聚

7、丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)等。在TPU弹性体中低聚物多元醇约占50%～80%，构成了TPU弹性体的软段。如果低聚物多元醇链结构均一且无取代基团，则有利于TPU中软段的聚集，使TPU表现出较高的物理性能。多异氰酸酯通常为二异氰酸酯，分子质量在150～250之间，常用的有4,4'—二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、二环己基甲烷二异氰酸酯（H12MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、萘二异氰酸酯等（NDI）。二异氰酸酯与羟基反应生成的氨基甲酸酯基属刚性基团，赋予TPU高的强度和硬度。扩链剂为相对分子质量100～350的低分子二元醇，常用的有1，4-丁二醇(BDO

8、)、1，4-环己烷二甲醇