第一節(jié) TPU介紹
TPU即熱塑性聚氨酯彈性體，也叫 PU熱塑料，是由寡聚物多元醇軟段和二異氰酸酯-擴(kuò)鏈劑硬段組成的線狀共聚物。
該 TPU的分子中含有-NH-COO-基團(tuán)，其許多性質(zhì)取決于長鏈二元醇的種類，其硬度由硬段作比例調(diào)節(jié)，其光老化性可通過加入光穩(wěn)定劑來改善，還取決于異氰酸酯是芳香族還是脂肪族。
第二，脂肪族和芳香族的區(qū)別
異氰酸酯是一種不受紫外線照射而氧化變色的化合物。由異氰酸酯合成的聚氨酯涂料，由于容易被氧化，在陽光直射下，更易變質(zhì)。
相反，脂肪族異氰酸酯主要用來制作光穩(wěn)定涂料。這類產(chǎn)品適用于一些需要耐紫外線或陽光穩(wěn)定的場合，如汽車漆和許多水性配方。
脂肪族異氰酸酯
脂族聚異氰酸酯使聚氨酯涂料具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐老化性能。脂肪族異氰酸酯不含苯基，保證了在惡劣環(huán)境中的持久粘附能力。
芳香族異氰酸酯
這兩種產(chǎn)品的衍生物使得涂料的耐老化(黃變)和耐化學(xué)性質(zhì)(尤其是較差的耐堿性)都比脂肪族衍生物差。所以芳香族聚異氰酸脂主要用于室內(nèi)(地板涂料、罐體涂料等)或底漆。甚至在汽車領(lǐng)域，底漆的使用也越來越少，因為底漆的泛黃會影響底漆的顏色，造成層間剝離。

一般而言，芳香族聚異氰酸酯不主要用于涂料。例如， TDI產(chǎn)品中80%用于制造軟泡，而 MDI產(chǎn)品中65%用于制造硬泡。

聚醚型和聚酯型三元聚醚型聚氨酯的區(qū)別
軟質(zhì) TPU可以用很多種聚醇形式，大致可以分為聚醚系和聚酯系。
聚醚型：高強(qiáng)度，耐水解，高回彈，低溫性能好。
滌綸類：具有更好的拉伸性能，彎曲性能，耐摩擦損耗，耐溶劑性能，耐高溫性能。
軟段的不同，對形成物體性質(zhì)的影響如下：
拉伸強(qiáng)度聚酯體系>聚醚體系
聚酯系撕裂強(qiáng)度>聚醚系
耐磨性聚酯系列>聚醚系列
抗藥性：聚酯系>聚醚系
水汽蒸發(fā)聚酯體系<聚醚體系
<聚醚系低溫沖擊性酯系
透明酯系>聚醚系
抗菌聚酯<聚醚系列
六七大差別
制成品與配方差異
生產(chǎn)聚醚型 TPU的原料主要有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)等，其中 MDI (PTMEG)占40%左右， BDO占20%左右。
TPU的生產(chǎn)原料為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的用量為40%, AA為35%, BDO為25%。
分子量的分布和作用
結(jié)果表明，聚醚的相對分子質(zhì)量分布符合 Poisson概率方程，且相對分子質(zhì)量分布較窄；而聚酯二元醇的相對分子質(zhì)量分布符合 Flory概率方程，且相對分子質(zhì)量分布較寬。
軟段的分子量對聚氨酯的力學(xué)性能有影響，一般情況下，假設(shè)聚氨酯的分子量相同，軟段若為聚酯，則聚氨酯的強(qiáng)度會隨著作聚酯二醇類分子量的增加而提高；軟段若為聚醚類分子量的增加而降低，但延伸率卻有所升高。其原因在于聚酯軟段本身的極性較強(qiáng)，分子量大，結(jié)構(gòu)規(guī)約較高，有利于提高軟段的強(qiáng)度，而聚醚軟段則極性較弱，若分子量增加，則聚氨酯中硬段的相對含量降低，強(qiáng)度降低。
機(jī)械性能比較
聚醚類、聚酯類低聚物多元醇軟段軟段在聚氨酯中占主要部分，不同的低聚物多元醇與二異氰酸酯合成的聚氨酯具有不同的性能。極性聚酯作軟段，可獲得較好的聚氨酯彈性體和泡沫力學(xué)性能。由于由聚酯制成的聚氨酯含有極高的酯基，這種酯基不僅在硬段內(nèi)可以在硬段之間形成氫鍵，在軟段內(nèi)還可以在軟段內(nèi)部分地與極性基團(tuán)形成氫鍵，從而使硬相在其中更加均勻地分布，起到彈性連接的作用。某些聚酯在室溫下會形成軟段結(jié)晶，從而影響聚氨酯的性能。與 PPG型相比，聚酯型聚氨酯的強(qiáng)度、耐油性、熱氧化穩(wěn)定性較好，但耐水解性較差。
水解穩(wěn)定性對比
碳化二亞胺對聚酯型熱塑性聚氨酯的耐水解性能有一定的改善。在高溫條件下以聚醚酯型熱塑性聚氨酯和聚醚型熱塑性聚氨酯為最佳。
滌綸容易受到水分子的侵襲而斷裂，而水解產(chǎn)生的酸類物質(zhì)可催化滌綸進(jìn)一步水解。滌綸纖維的種類對彈性體的物理性能和耐水性有重要影響。結(jié)果表明，隨著聚酯二醇原料中亞甲基含量的增加，制備的聚酯型聚氨酯彈性體的耐水性提高。酯的含量較少，而且耐水性能良好。用長鏈二元酸合成的聚酯，得到的聚氨酯彈性體的耐水性能優(yōu)于短鏈二元酸合成的聚酯型聚氨酯。
抗菌性能比較
在長期接觸濕潤土壤時，聚酯型軟熱塑性聚氨酯會被微生物侵蝕，而聚醚型軟、硬熱塑性聚氨酯和聚醚型熱塑性聚氨酯或硬熱塑性聚氨酯一般不會被微生物侵蝕。
物價比較
從價格來看，聚醚類聚氨酯彈性體的價格遠(yuǎn)高于聚酯類聚氨酯彈性體，主要原因是：
②聚醚類聚氨酯彈性體具有較好的抗水解，耐低溫，耐彎曲性能。
二是組成 TPU軟段的聚醚類多元醇與聚酯類多元醇相比較，生產(chǎn)所需原料價格較高；
③聚醚類多元醇的生產(chǎn)工藝比聚酯類多元醇的生產(chǎn)工藝復(fù)雜得多。
④在反應(yīng)過程中，聚醚多元醇的各種工藝條件難以控制。

⑤生產(chǎn)聚醚類多元醇對生產(chǎn)設(shè)備有較高的要求，同時在生產(chǎn)過程中也要注意一些防護(hù)措施。

第七，工藝過程差異性比較
一、干燥
眾所周知，聚氨酯是一種極性聚合物，當(dāng)它暴露在空氣中時，就會慢慢地吸濕。由于吸濕劑 TPU在熔化過程中，由于水的氣化，使制品表面不光滑，內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，物性降低，所以為了保證制品的性能，防止在熔化過程中因水分氣化而產(chǎn)生的氣泡，在 TPU加工前，通常需要將物料顆粒干燥。
對前面 TPU酯類和醚類的水解穩(wěn)定性比較也做了分析，因為聚酯容易受到水分子的侵蝕而發(fā)生斷裂，并且水解產(chǎn)生的酸會再次催化聚酯的水解，在相同條件下，聚酯 TPU會比聚醚 TPU有更高的含水率，所以在干燥過程中對聚酯 TPU要特別注意，要注意把它徹底干燥，嚴(yán)格控制干燥條件。
二、保壓階段
在注塑成型過程中，無論是預(yù)塑期還是注射期，熔體都要承受內(nèi)部靜壓和外部動壓的共同作用。保持壓力時，聚合物熔體會受到高壓作用，在這種壓力下，分子鏈段之間的自由體積會被壓縮，由于分子鏈段自由體積減少，大分子鏈段的靠近會使分子間的作用力增強(qiáng)，即表現(xiàn)出粘度增加，此外，由于聚醚類 TPU分子鏈段之間的醚鍵內(nèi)自由體積降低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘也變小，因此，在壓縮時，分子鏈的相對位移較大，因此，粘度的變化范圍會很大。
此外，與聚醚 TPU相比，聚醚 TPU的分子鏈較聚酯 TPU更為柔順，因而更難形成永久形變，因此，在加工聚醚 TPU時，相對于聚酯 TPU，聚醚 TPU的保壓時間更長。
三、處理時間
通常情況下，由于分子量增加，分子鏈的重心移動較慢，分子鏈之間的相對位移抵消機(jī)會較大，分子長鏈彈性增強(qiáng)，纏結(jié)點增多，鏈的松脫和滑移困難，使得流動過程阻力增大，所需時間和能量也增加，表現(xiàn)出剪切粘度的敏感性。
但一般情況下，聚酯類 TPU比聚醚類 TPU具有更大的分子質(zhì)量，因此它的加工成型時間也更長。
四、處理溫度
聚酯類 TPU在加工過程中需要高溫度，這是因為聚酯類 TPU光比聚醚類 TPU分子量分布較廣的原因。因為聚醚類 TPU的氮氧鍵很容易斷裂，所以需要一個相對較低的溫度才能完成加工。
五、壓力
因為 TPU的分子內(nèi)聚能很大，所以它在分子結(jié)構(gòu)上的氮氧鍵也很難斷裂，所以對它的處理即破壞它的分子鍵也需要更高的溫度和壓力。
六、冷卻
因為滌綸 TPU具有更大的摩擦系數(shù)和更大的分子內(nèi)聚能，所以即使它很難被冷卻，它也需要更長的冷卻時間來恢復(fù)它的正常狀態(tài)。
七、流動性
在 TPU中，由于 TPU的鍵內(nèi)聚能較低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘較小，隨著聚醚相對分子質(zhì)量的增加，鏈更加柔順，其分子鏈具有很高的柔順性，因此流動性好，而聚酯 TPU則略遜。