TPU 聚酯 聚醚 应用分析及区别

目录1.TPE的分类----了解TPU属于TPE的一种；2.TPU的简介----大概的讲述TPU的名称与结构构成；3.TPU名称的定义---详细描述什么叫热塑性聚氨酯弹性体；4.TPU的原材料组成---了解TPU的主要原材料组成；5.TPU的分子结构----了解TPU合成之后的分子结构，也解释了TPU产品为什么具有优异的耐磨与韧性；6.TPU的分类---了解TPU聚酯与TPU聚醚是如何区分的？7.TPU中材料聚酯醇与聚醚醇的区别---了解关键性材料聚酯与聚醚的区别；同时也了解到为什么聚酯的耐磨与韧性大于聚醚，而耐水性与耐生物性小于聚醚等关键因素；8.TPU聚酯与TPU聚醚的区别--从机械性能，水解，耐微生物，成本等方面比较9.TPU的生产工艺与成型工艺---简单说明TPU原材料的生产工艺与成品成型加工工艺，电线电缆主要为挤压成型；TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPE热塑性弹性体•热塑性弹性体的分类:所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度,断裂伸长率50%,外力撤除后复原性比较好的的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU简介•热塑性聚氨酯弹性体（thermoplasticPU，简称TPU），又称PU热塑胶，是一种由低聚物多元醇软段与二异氰酸酯-扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物。•结构图解：•本页总结：TPU的硬段与软段由何种高分子材料构成，决定TPU的各项性能。A:低聚物多元醇---大分子多元醇等（聚酯多元醇或者聚醚多元醇）B:多异氰酸酯---各类族类C:扩链（交联）剂---小分子多元醇等TPU软段TPU硬段TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU定义分析TPU热塑性聚氨酯弹性体热塑性聚氨酯弹性体塑料制品按照加工方式的不同，可以分为热塑性与热固性。热塑性：热塑性塑料是指，塑料加工固化冷却以后，再次加热仍然能够达到流动性，并可以再次对其进行加工成型，也就是说具有良好的再加工性和再回收利用性。比如我们常见的PVC，PE，PP，ABS等常见塑料。热固性：热固性塑料是指，经过一次加热成型固化以后，其形状就因为分子链内部进行铰链而使形状达到稳定，再次对其加热也不能让其再次达到粘流态，而对其进行再次加工成型，也就是说热固性塑料不具有再次加工性和再回收利用性。一般比如环氧树脂，橡胶等聚氨酯：又称聚氨酯橡胶，是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料。通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交联剂及少量助剂为原料制得。弹性体：所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度,断裂伸长率50%,外力撤除后复原性比较好的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU原材料组成（一）其他配合剂多异氰酸酯大分子多元醇小分子多元醇大分子多元醇多异氰酸酯小分子多元醇软段：大分子二元醇:与二异氰酸酯反应形成了材料的软段。大分子二元醇的链段越长，TPU就表现的柔软性越好。选择聚醚、聚酯还是聚己内酯的大分子二元醇对于TPU的化学性质的耐水解性有决定性的影响。对于聚酯型的，TPU具有较好的抗UV，氧化性和耐化学性。而聚醚型的则具有很好的耐低温和水解性。聚己内酯型的是这些性质的组合，但是其价格更高。其他材料还有稳定剂、润滑、填料和颜料等硬段：扩链剂与二异氰酸酯反应形成氨酯基团或者尿。一般的扩链剂就是小分子的二元醇，与二异氰酸酯反应形成氨酯基团。从而形成聚合物的硬段部分。较多的使用扩链剂可以提高聚合物的结晶度，从而提高了材料的硬度和模量。二异氰酸酯:分为脂肪族(HMDI,IPDI)或芳香族(MDI,TDI)。其中脂肪族的TPU具有较好的光稳定性，在温和的溶剂中就可以溶解，并且耐候性和耐磨性好。而芳香族的TPU具有低成本和耐溶剂性好的优点，拉伸强度和回弹性高。而耐水解性主要是由于大分子二元醇决定的。通常，扩链剂为小分子多元醇，与多异氰酸醋行程氨酯基团通常，聚酯聚醚类多元醇为大分子多元醇TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU原材料组成（二）聚氨酯原料多异氰酸酯低聚物多元醇扩链（交联）剂催化剂其它配合剂胺类扩链剂醇类扩链（交联）剂叔胺类催化剂金属有机化合物阻燃剂抗氧剂紫外线吸收剂着色剂增塑剂脂肪族酯环族芳香族聚酯多元醇聚醚多元醇其它多元醇环氧丙烷聚醚多元醇四氢呋喃聚醚多元醇其它聚醚多元醇TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU分子结构（一）•分子结构：（1）从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物；（2）一般由低聚物多元醇柔性长链构成软段；（3）以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，（4）硬段和软段交替排列，形成重复结构单元。（5）除含有氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离。（6）这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。基团共聚弹性体的结构混合型弹性体的结构Elastomer(EPDM)软分子集团ElasticSegment分子的软段ThermoplasticSegment分子的硬段Thermoplast(PP)硬分子集团TPUTPEV/TPEOTPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU分子结构（二）•TPU基本结构（一级结构）:PU合成的反应和副反应比较复杂，但合成TPU的最基本的反应是由多元醇和异氰酸酯反应生成氨酯基。由此类含有氨酯基的结构链段为重复单元，再配以长链多元醇和短链多元醇（扩链剂）组合成硬段软段相间的分子链结构，就是TPU的基本结构了。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU分子结构（三）•TPU的分子链结构（二级结构）：大分子二元醇和异氰酸酯连接形成长分子链，因为分子链较长，表现为柔性，就成为在整个分子链中的软段结构。短链二元醇（扩链剂）和异氰酸酯连接成短链结构，因为链短，表现为刚性，就成为分子链中的硬段结构。这样硬段软段相间的特殊结构赋予了TPU既有弹性又有不错的机械性能且可热塑加工的特殊性能，从而使TPU作为介于塑料和橡胶之间的一个新类高分子材料得到广泛应用。对于不同的大分子多元醇，扩链剂和多异氰酸酯的选择搭配可制取品种繁多各种性能的TPU产品。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU分类TPUTPU聚酯型TPU聚醚型TPU聚乙内酯型TPU半热塑型TPU全热塑型按照软段结构分按照结构特点分聚酯型：因含有内聚能较高的酯基，产品的机械性能较高，成本适中，但耐水性能较差。聚醚型：由于它无酯基并在分子中含有可自由放置的醚键，而表现出较好的低温柔顺性和耐水解性，但机械强度和耐热性较差。聚己内酯型：介于聚酯和聚醚之间，综合性能较好，但价格较高。不推荐TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU材料对比（一）•聚酯多元醇主要是由二元羧酸和二元以上醇类化合物进行缩聚反应生成的产物，其结特征是在分子主链上含有酯基、在端基上具有羟基的大分子醇类，分子量一般为500~3000。由聚酯多元醇为基础的聚氨酯材料，通常都具有力学机械性能好，耐油、抗磨性能优越等特点，但它们的耐水解性能较差，低温柔顺性差，其制品的手感，尤其是低温时的手感不如聚醚多元醇基聚氨酯柔软。聚酯多元醇的内聚能大，室温下多为蜡状固体，加热熔融后的粘度较大，它们与聚氨酯合成中所用的其它原料组分的互溶性远不如聚醚多元醇好。•聚醚多元醇是在分子主链接构上含有醚键、端基带有羟基的醇类聚合物或齐聚物。因其结构中的醚键内聚能较低，并易于旋转，故由它制备的聚氨酯材料低温柔顺性能好，耐水解性能优良，虽然机械性能不如聚酯多元醇基聚氨酯，但手感性好。体系粘度低，易与异氰酸酯、助剂等组分互溶，加工性能优良。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU材料对比（二）•聚酯软段与聚醚软段对比（总括）：在原料化学配比一定的情况下，改变柔性链段的长度，对于不同软段类型弹性体性能的影响是不一样的。软段分子量增加也即降低了硬链段的比例。•若软段为聚醚，则聚氨酯的强度随聚醚二醇分子量的增加而下降，不过伸长率却上升；原因为聚醚软段则极性较弱，若分子量增大，则聚氨酯中硬段的相对含量就减小，强度下降。•软段若为聚酯，则聚氨酯的强度随作聚酯二醇分子量的增加而提高，原因为聚酯型软段本身极性就较强，分子量大则结构规整性高，对改善强度有利;•聚醚TPU中醚键内聚能较低，键的旋转位垒较小，随着聚醚相对分子质量的增加，链更柔顺，软段比例增加，故强度下降，弹性增加，永久变形增加。•聚酯TPU中聚酯二醇，软段长度对强度的影响并不很明显。这是因为分子中存在极性酯基，聚酯软段的分子量增加，酯基也增加，抵消了软段增加、硬段减少对强度的负面影响。由于酯基增多的缘故，聚酯型TPU的耐水解性能随聚酯链段长度的增加而降低，酯基会进行水解，且水解后的酸又会催化聚酯进一步水解；聚醚型TPU的耐水解性能随聚醚链段长度的增加而提高，醚基耐水解。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU材料对比（三）•一、机械性能的比较与分析；聚醚、聚酯等低聚物多元醇组成软段。软段在聚氨酯中占大部分，不同的低聚物多元醇与二异氰酸酯制备的聚氨酯性能各不相同。•极性强的聚酯作软段得到的聚氨酯弹性体及泡沫的力学性能较好。因为，聚酯制成的聚氨酯含极性大的酯基，这种聚氨酯内部不仅硬段间能够形成氢键，而且软段上的极性基团也能部分地与硬段上的极性基团形成氢键，使硬相能更均匀地分布于软相中，起到弹性交联点的作用。在室温下某些聚酯可形成软段结晶，影响聚氨酯的性能。而聚醚型TPU没有相应的氢键，造成聚酯型聚氨酯的强度、耐油性、热氧化稳定性比PPG聚醚型的高，但由于聚酯TPU，酯基的存在，造成耐水解性能比聚醚型的差。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU材料对比（四）•二、聚醚聚酯水解对比分析：聚酯型热塑性聚氨酯用碳化二亚胺进行保护后，耐水解性有所提高。聚醚酯型热塑性聚氨酯和聚醚型热塑性聚氨酯在高温下的耐水解性最好。•聚酯易受水分子的侵袭而发生断裂，且水解生成的酸又能催化聚酯的进一步水解。聚酯种类对弹性体的物理性能及耐水性能有一定的影响。随聚酯二醇原料中亚甲基数目的增加，制得的聚酯型聚氨酯弹性体的耐水性提高。酯基含量较小，其耐水性也较好。同样，采用长链二元酸合成的聚酯，制得的聚氨酯弹性体的耐水性比短链二元酸的聚酯型聚氨酯好。•三、耐微生物分解：聚酯型软质热塑性聚氨酯与潮湿的土壤长时间接触，会被微生物侵蚀，而聚醚型软质或硬质热塑性聚氨酯以及聚醚型热塑性聚氨酯或硬质热塑性聚氨酯通常不会受到微生物侵蚀。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU材料对比（五）•四、TPU原材料聚醚聚酯成本比较•聚醚类聚氨酯弹性体照比聚酯类聚氨酯弹性体在价格方面要高出很多，其主要原因为:•①聚醚类聚氨酯弹性体具备良好的耐水解性能、耐低温性能、耐弯曲性能。•②构成TPU软段的聚醚类多元醇与聚酯类多元醇相较之下，其生产原料价格较高。•③聚醚类多元醇生产工艺照比聚酯类多元醇要复杂很多。•④聚醚类多元醇在反应过程中各工艺条件较难控制。•⑤在生产聚醚类多元醇时，对生产设备的要求较高，同时，生产过程中还要注意采取一定的防护措施。TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU成品电线电缆成本比较备注：此价格为，产品由(非)阻燃聚酯型TPU变更为（非）阻燃聚醚型TPU，最终价格需按实际情况宜科料号非阻燃TPU对比阻燃TPU对比E2230013512%9%E223001367%5%E2230014312%9%E223001449%7%E223001554%3%E223001588%6%E223001665%4%E223001697%6%E223001765%4%E223001857%6%E2230018610%7%E223001886%5%E223001935%4%Q060100357%6%E2230019910%8%TPU//聚酯//聚醚//型性能分析TPU成品电线电