热塑性聚氨酯弹性体的详细信息
中文名称:热塑性聚氨酯弹性体颜色::透明，半透明，透明黄色背景，本色。简介、分类、特性、合成方法、TPU分子结构、链段结构、硬段含量、异氰酸酯指数、分子量及分子量分布、原料纯度、新技术及新应用。热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种可加热塑化并溶于溶剂的弹性体。具有高强、高韧、耐磨、耐油等优异的综合性能和良好的加工性能，广泛应用于国防。热塑性聚氨酯弹性体以其优异的性能和广泛的应用成为重要的热塑性弹性体材料之一，其分子基本上是线性的，很少或没有化学交联。线性聚氨酯分子链之间存在许多由氢键构成的物理交联，氢键强化了其形态，从而赋予其许多优异的性能，如高模量、高强度、优异的耐磨性、耐化学性、耐水解性、耐高温性、防霉性等。这些良好的性能使热塑性聚氨酯广泛应用于许多领域，如鞋、电缆、服装、汽车、医药卫生、管材、薄膜和片材。一般最终产品不需要硫化交联，可以缩短反应周期，降低能耗。因为它基本上是一种线性结构的聚合物，可以用与热塑性塑料相同的工艺和设备进行加工，如注塑、挤出、吹塑、压延等。特别适合中小型零件的大规模生产。废料可以回收再利用，不同的添加剂或填料可以用来改善某些物理性能，降低生产或加工过程中的成本。TPU颗粒和粉末:颗粒分类聚氨酯热塑性弹性体有聚酯型和聚醚型两种，有白色不规则球形或柱状颗粒，相对密度为1.10~1.25。聚醚型的相对密度小于聚酯型。聚醚型的玻璃化转变温度为100.6~106.1℃，聚酯型的玻璃化转变温度为108.9~122.8℃。聚醚和聚酯的脆性温度低于-62℃，聚醚的耐低温性能优于聚酯。特性聚氨酯热塑性弹性体具有优异的耐磨性、优异的耐臭氧性、高硬度、高强度、良好的弹性、耐低温性、良好的耐油性、耐化学性和耐环境性等突出特性，聚醚酯在潮湿环境中的水解稳定性远高于聚酯酯。合成方法TPU的合成方法根据有无溶剂可分为两类:无溶剂本体聚合和溶剂基溶液聚合。本体聚合按反应步骤可分为一步法和预聚体法。一步法是将低聚物二醇、二异氰酸酯和扩链剂同时混合。一步法工艺简单易操作，但其反应热难以消除，容易发生副反应。范蠡等人用一步法合成了聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。首先，在反应器中称取聚酯多元醇和扩链剂丁二醇，升温至65438±020℃进行真空脱水。迅速加入预热好的聚氨酯并搅拌均匀，倒入预热好的容器中，在120℃真空烘烤，然后冷却至100℃，得到淡黄色半透明的聚氨酯产品，然后在平压机上压制成试件。制备的TPU具有较高的力学性能和阻尼性能。TPU合成的化学方程式TPU合成工艺预聚物法是先将低聚物二元醇和二异氰酸酯反应，然后在少量催化剂的条件下，与干扩链剂合成。预聚物法在生产中工艺复杂，能耗高，预聚物粘度高，增加了工艺操作难度。但预聚物副反应少，产品性能优于一步法。根据反应过程的连续性，可分为间歇法和连续法。间歇工艺中常用的生产设备有自动浇注设备、固化炉、破碎锤、挤出机等。，生产效率低，产品质量参差不齐，不适合大规模生产。因此，国内外对连续化生产技术和设备进行了研究。连续工艺设备为反应挤出生产线，主要设备包括原料储罐、浇注机、平行双螺杆挤出机、水下造粒机、分离干燥设备和包装设备。双螺杆连续反应挤出是目前生产中的主流技术，生产效率高，产品质量稳定，适合大规模生产。其产品可用于涂料、弹性体和粘合剂。TPU分子结构TPU是一种(ab) n型嵌段线性聚合物，由柔性软段和刚性硬段组成。不同链段结构的TPU具有不同的性能，链段结构的类型主要由原料的类型决定。分子结构中侧基的引入会降低大分子间的取向结晶度，导致力学性能下降，溶胀性能变差。但一定的化学交联可以提高弹性体的拉伸应力和耐溶剂性，减少永久变形。硬段含量硬段含量是指配方中硬段的质量百分比，是配方设计的重要参数。硬段含量直接影响的氢键、微相分离度和结晶度是决定其形态的主要因素。总的来说，随着硬段含量的增加，TPU的硬度、模量和撕裂强度增加，而断裂伸长率下降。异氰酸酯指数由于TPU的合成机理是官能团间的逐步加成聚合反应，异氰酸酯指数r 0(二异氰酸酯与低聚物二醇的摩尔比)直接影响分子量。当r 0 ≤1时，TPU的分子量随着r 0的增加而增加。r 0 =1时，分子量达到最大值，随后随着r 0值的增大，分子量开始下降。当r 0在0.95 ~ 1之间时，TPU的模量、拉伸强度和撕裂强度随r 0的增大而增大。分子量和分子量分布TPU的分子量对其力学性能有明显的影响。随着TPU分子量的增加，拉伸强度、模量和耐磨性都增加，当分子量达到一定水平时，这些性能趋于稳定。TPU的撕裂强度和抗挠强度随着分子量的增加而降低。一方面，由于物理交联，TPU的自由体积减小；另一方面，TPU分子链的高度缠结和物理交联的增加降低了其内部流动性。当受到外力时，分子链重排难以实现，不能有效降低施加的应力。当低分子量组分比例较大时，对弹性体的耐热性和力学性能极为有害，而当高分子量组分比例过大时，则会给加工成型带来不便。因此，应根据不同用途的TPU的具体加工要求来调整合适的分子量和分子量分布。原料纯度TPU常用的扩链剂1，4-丁二醇(MDI)极易吸水，其纯度和水分含量直接影响实际生产值，对最终产品的分子量影响很大。MDI容易自聚集，保存不好容易生成二聚体。聚合多元醇的水分含量、酸值和羟值因批次而异，这极大地影响了TPU性能的稳定性。原料中含有的水分和游离羧基，一方面与MDI反应，消耗部分MDI，导致配方设计不准确；另一方面，反应产生的气泡起到塑化作用，最终降低了产品的性能。因此，用于合成TPU的原料在使用前需要严格脱水。新技术和新用途TPU是一个快速发展的行业，相关的新技术、新产品和新用途不断涌现。TPU的使用范围几乎延伸到所有行业，在制鞋、服装、管材、薄膜片材、电缆、汽车、建筑、医药卫生、国防、体育休闲等诸多领域得到了广泛应用。TPU是公认的环保、性能优异的新型高分子材料。目前，低端消费是TPU的主要消费，其高端消费领域基本被一些跨国公司所主导，包括德国拜耳、巴斯夫、美国路博润、亨斯迈等。，都在加大新产品的研发。高附加值的TPU产品不断开发并投入市场，TPU材料成为发展最快的热塑性材料之一。a .鞋类:运动鞋Logo、运动鞋气垫、登山鞋、雪地鞋、高尔夫鞋、旱冰鞋、面料、内粘合材料。b .服装类:雪衣、雨衣、风衣、防寒夹克、野战服、尿布、裤子，以及其他织物复合材料(防水透湿)。c .药品:手术衣、帽子、鞋子、医院床垫、冰袋、绷带、血浆袋、手术敷料带、口罩等织物和衬里材料、手术床气囊。d国防用品:飞机油箱的织物和衬里织物及气囊、武器密封膜、帐篷窗、军用水袋、救生衣、充气艇等。e .体育用品:足球面及内胆、充气床、饮水袋、滑雪手套(防水袋)、潜水服、雪服、泳衣、滑雪板、商标、气囊、运动衫、瘦身服等面料及内衬材料。f工业用品:喇叭鼓纸橡胶边、防水条、隔音材料等织物、防火材料、防火服、防火服、防火布、电线电缆的内复合材料、外护套材料。g .其他用途:手机按键、塑料充气玩具、床单、桌布、浴帘、家具布、围裙、钢琴、电脑键盘、覆膜织物和衬里材料。