高分子材料论文

1热塑性聚氨酯TPU的发展现状摘要：TPU全称热塑性聚氨酯弹性体（ThermoplasticPolyurethane），它是由二异氰酸酯和大分子多元醇、扩链剂共同反应生成的线性高分子材料。同时，它也是一种能够在一定热度下反复变软或改变的塑胶材料，而在常温下它却可以保持形状不变，能起个支撑、保护的作用.TPU为热塑性聚氨酯，有聚酯型和聚醚型之分，TPU成型品的用途广泛：汽车部件，机械·工业用部件，管材·软管，薄膜·板材，电线·电缆等等，本文主要叙述TPU聚合工艺，各项性能，市场应用，TPU国内外发展的现状及其生产厂家等方面。关键词：TPU共混改性聚氨酯发泡剂扩链剂环保一．TPU的聚合工艺TPU全称热塑性聚氨酯弹性体（ThermoplasticPolyurethane），它是由二异氰酸酯和大分子多元醇、扩链剂共同反应生成的线性高分子材料。它在分子组成上以重复氨基甲酸酯基团为特征，同时含有脲基甲酸酯、缩二脲、及酯键、醚键等其它基团；从分子结构上看，它由刚性链段与柔性链段交替构成，其中刚性链段是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的，柔性链段则是由二异氰酸酯和大分子多元醇反应得到的。这种特殊的分子结构使TPU具有其它各类热塑性弹性不可比拟的优良性能。按聚合工艺分为本体聚合和溶液聚合，在本体聚合中，又分为预聚法和一步法，预聚法是将二异氰酸酯和大分子多元醇、扩链剂同时混合反应成TPU。一步法是将二醇、二异氰酸酯和扩链剂同时反应成TPU。可采用注射、挤出、吹塑等方法生产加工。挤出成型、注射成型是ＴＰＵ广为采用的加工方法。挤出和注射成型的熔体温度范围较宽，一般在１８０－２４５摄氏度之间．塑化效果好，熔料均匀，易于成型加工。适合所有塑料生产加工工艺。挤出成型的工艺过程：聚合物塑化成型定型牵引切割堆放冷却成品2将固体颗粒或粉末加入挤出机的料斗，在料简预热，干燥；物料在运动过程中与料筒、螺杆、以及物料与物料之间相互摩擦、剪切，产生大量的热，这时物料由玻璃态→高弹态→粘流态转变；熔融物料被螺杆输入通过具有一定形状口模后成型，进入冷却定型装置，再经过牵引，获得最终的制品尺寸。最后根据需要切割成一定长度的制品，再堆放在堆放架上。这就是TPU的聚合过程。二.TPU的各项性能1.耐磨性，抗撕裂性TPU主要优点之一是其耐磨性很好，因此常用于制造鞋底和电缆护套。同时，抗撕裂性也很好，在很宽的温度范围内均具有柔顺性。聚酯型TPU的耐磨性、抗撕裂性以及拉伸强度、撕裂强度都优于聚醚型TPU；聚醚型TPU适合于对耐水解性、耐微生物降解性和低温性、柔顺性要求较高的场合；而通过特殊方法合成的聚醚酯型TPU同时具有二者的特点，性能更加优异，可用作消防水管、电缆护套、薄膜等的生产。性能TPUPVC丁基橡胶氯平橡胶天然橡胶硬度shoreA96909487787077撕裂强度(kN/m)直角无开口129807070373665直角有开口1376338481925402.热性能TPU中的软段决定了其低温性能。聚醚型TPU的耐低温性优于聚酯型TPU。TPU使用温度较广，大多数制品可在-40℃~80℃范围内长期使用，短期使用温度可达120℃，而用哌嗪为原料制备的TPU甚至可以耐更高温度。高温下主要由硬链段3来维护其性能，而且产品硬度越高（即二异氰酸酯和扩链剂越多）其使用温度越高。TPU的高温性能还受二异氰酸酯和扩链剂种类的影响。另外TPU的机械性能（硬度、弹性等）都与温度有关。3.水解稳定性TPU在浑浊下耐水性能是良好的，1～2年内不会发生明显水解，尤其以聚醚系列更佳。聚酯系列在50℃的水中浸泡半年或70℃浸泡3周或100℃浸泡3～4天，会完全分解，这是TPU适合作为环保材料的原因之一，需经常性与水接触之产品，则建议使用聚醚系列。由于TPU的硬段具有憎水性，因此随着TPU硬度的增加其水解稳定性也变好。4.屈折性能很多塑胶材料在重复的周期性应力作用下容易产生断裂，TPU制品在不同环境下都可以保持极佳的耐屈折特性，为高分子材料中最佳选择之一。5.抗高温与抗氧化性能一般的塑胶材料长期在70℃以上的环境下容易氧化,TPU抗氧化能力良好;一般而言TPU耐温性可达120℃。6.耐油与耐药品性能TPU为一种强极性的高分子材料，和非极性矿物油的亲和性很小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀;其中，TPU产品中又以聚酯系列的产品耐油性较佳;TPU薄膜及片材对于油脂的体积变化很小，抗张强度甚至比原初始值更高;需要注意的是在矿物油中若含有少量的水分时，会对薄膜物性产生不同程度的负面影响7.生物医学性能TPU具有极佳的生物相容性、无毒、无过敏反应性、无局部刺激性、无致热源性，因此广泛应用在医疗、卫生等相关产品以及运动、保护器材上。三.TPU的应用领域1.薄膜和片材（ＴＰＵ具较好耐磨性、抗刺穿性、抗撕裂性、弹性、粘合性如气垫）2.管材（ＴＰＵ具有高伸长率,良好耐水解和抗微生物性、耐油性、优异机械性能,如作消防水管内衬，输油管；气动软管；高压管；医疗管；油压管；气压管；燃料管；涂敷管等）3.鞋底,鞋邦等鞋材料（ＴＰＵ具有突出耐磨性、抗刮性、耐刺穿性、抗纵向4弯曲强度和低温冲击强度，其耐撕裂性和抗裂纹传播性是所有塑料中最好的。如作溜冰鞋、滑雪靴、运动鞋、特种功能鞋等。）4.电线、电缆、光缆护套（ＴＰＵ具良好耐磨性、耐环境、耐候性、耐腐蚀性、绝缘性、弹性和低温柔韧性等。）5.高档塑料表带、表壳以及潜水表、礼品表等系列（ＴＰＵ具有高弹性、耐折、耐水性好、手感舒适等。）6.机械制品和其它应用（如制造汽车部件、机械轴承、滚轮、输送带、橡塑筛网、工业胶管、垫圈、密封圈、游泳镜、冲浪板、表带、动物标牌、电器零部件等。）7.TPU芯片TPU是一颗由华硕自主研发的控制芯片，通过这颗芯片玩家可以在不占用CPU性能的基础上对玩家的CPU通过硬件控制的方式进行超频。8.生物医学性能TPU具有极佳的生物相容性、无毒、无过敏反应性、无局部刺激性、无致热源性，因此广泛应用在医疗、卫生等相关产品以及运动、保护器材上。四．TPU国内外发展的现状及其生产厂家1.国外发展现状及其生产厂家外国(主要是美国，欧洲）在生产上，聚氨酯工业和大多数化工产业一样，集约化和规模化的趋势日益明显。随着聚氨酯生产技术的日益成熟和产品应用领域的不断扩大，要保持一定的盈利水平就必须要拥有一定的规模效益。于是，新企业规模越来越大，产能也迅速提高。同时，作为一个年均增长率长期高于全球经济增长率的产业，聚氨酯工业迅猛发展的势头有赖于其技术的快速发展及应用领域的不断拓展。随着聚氨酯产品大众化趋势的加剧，开发新产品、拓展新用途对聚氨酯工业能否继续保持良好发展势头变得至关重要。在众多新产品的开发中，聚氨酯发泡剂的研究工作尤为引入关注。根据蒙特利尔协议的要求，明年美国和西欧将禁止使用HCFC（氢氯氟烃），而CFC（氯氟烃）也将在全球禁止使用。在当前主要的CFC发泡剂替代产品中，欧洲和我国以环戊烷类产品为主，美国多采用HCFC－141b。但无论是环戊烷还是异戊烷，均属于挥发性有机物（VOC），对环境会产生不利的影响；而HCFC－141b只是一种5过渡产品，对大气臭氧层仍有一定的破坏。因此，开发全新的CFC发泡剂替代物已成为各大公司和科研机构研究的重点。在其他聚氨酯新技术的研发中，降低VOC和中间体游离TDI技术的研究、可降解回收的聚氨酯材料的研制、喷涂聚脲弹性体技术等也是业界关注的焦点，这些技术恰恰也是建立在保护环境、促进经济可持续发展的基础上。而拓展聚氨酯产品新用途和新的应用领域，则是各大公司重点研究方向。随着汽车工业的发展，节能和环保已成为汽车制造的主要课题。国外汽车设计师和工程师不断探寻合适的新材料。在汽车上大量使用塑料零部件，而聚氨酯材料凭借在塑料材料中性能十分宽泛、品质优良，受到人们的普遍关注，同时使用量也在不断加大，同时随着汽车工业的发展，聚氨酯的新用途也将越广泛。同时，聚氨酯的应用领域还包括坐垫、头枕、隔音、仪表盘、遮阳板、门板、顶棚衬里等内饰件；保险杠、阻留板、汽车涂料、轮胎等外构件；用于汽车制造各种结构件和功能件。外国大型生产TPU的厂家主要有：美国（BASF、亨斯迈、Huntsman、杜邦、拜耳）公司，意大利埃尼化学公司，西班牙Dynasol弹性体公司，Kraton日本弹性体公司等少数大型跨国公司2.国内发展现状及其生产厂家我国聚氨酯发展还不成熟，随着我国国民经济的增长，国内近几年TPU业发展也经历了日新月异的变化，其规模也是举世瞩目的，尤其是汽车和电子业的飞速发展使聚氨酯应用领域也实现了更多元化的发展。众所周知，广东省是我国最大的电子类产品的生产基地。从2004年进口海关数据来看，DMF广东到港的货源比例一直呈上升势头。DMF进口数量增加进一步说明了其在电子应用领域的增强。据统计，仅2003年一年应用于电子产品制造的DMF就有1.4万吨。预计2004年将有望达到2万吨以上。其中日、韩产品仍然占到很大的比例。巴斯夫和亨斯迈与中国合作伙伴在上海漕泾兴建年产16万吨MDI、13万吨TDI及附属产品的一体化项目的协议在上海签字。与此同时，拜耳公司也打算在当地兴建一年产23万吨的MDI和年产15万吨的TDI工厂，他们还计划再建立一个年产28万吨的聚醚多元醇生产厂。这些世界级的工厂一旦建成，不但对中国及亚太市场，甚至对全球聚氨酯市场都会产生重大影响。6这些大项目为什么都不约而同的选择在了中国？中国经济发展成就突出、市场巨大的潜力以及入世带来的商机，是这些大跨国公司看好中国的重要原因。巴斯夫公司的有关人士指出，在过去的5年中，中国聚氨酯市场的增长幅度已超过20％，中国将成为推动全球聚氨酯市场前进的主要动力。陶氏化学公司聚氨酯业务部副总裁也认为，由于国民生产总值的增长与聚氨酯用量的增长关系密切，中国经济持续稳定的增长对于聚氨酯工业而言无疑是一个利好消息，聚氨酯工业将从中国经济快速发展中受益。目前我国与发达国家相比的差距是：国外TPU硬泡主要消费于建筑业，占硬泡消费量的50%以上；我国大多用于冰箱、冷库，用于建筑业保温尚处于初始阶段。由于汽车和摩托车工业的飞速发展，为聚氨酯泡沫工业的发展提供了机遇，其潜在市场也非常广阔。目前，我国聚氨酯泡沫需求量已达到35万～40万吨/年。另外，TPU的回收利用无疑是目前发展的另一个热点。回收利用TPU对环境保护和资源利用是有利的，但是主要问题还在于回收废TPU是否有经济效益。由于TPU的用量较大，而近期原料价格居高不下，其废弃物回收市场前景看好，但以前使用的回收方法经济性普遍不强，未能广泛推广，因此，开发一种经济可行的回收方法已经成为业界研究的热点。国内大型生产TPU的厂家主要有：太仓市雄华塑胶制品有限公司、东莞市东集塑胶有限公司、上海漕泾兴建有限公司、汉胜高分子TPU公司、易贝德贸易有限公司、路博润特种化工制造有限公司五．就国内TPU的发展现状提出建议必须尽快解决TDI技术和规模化的瓶颈问题，加强行业发展规划，开拓新的应用领域在我国聚氨酯工业领域中，无论技术还是品种都极其缺乏创新，更缺乏原创性成果，这种状况将使我国聚氨酯工业在未来的竞争中处于劣势。为此，应充分发挥行业协会的桥梁和纽带作用，加强国内外聚氨酯界的交流与合作，搭建技术交流平台，优势互补，“借脑”发展。同时加快阻燃聚醚、聚合物多元醇、聚酯多元醇、熔纺氨纶及第三代发泡剂的开发进度。聚氨酯利润的增长主要来自新兴的市场，如医疗、汽车和建筑等，因此，业内人士应积极开拓聚氨酯新的应用领域。参考文献：7［1］张自成;热塑性聚氨酯及其进展[J];塑料科技;1989年02期［2］马继盛,漆宗能,张树范;聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构与性能[J];高分子学报;2001年03期［4］记者顾定槐;路博润扩张工程聚合物业务[N];中国化工报;2009年［5］王昕;美热塑性弹性体市场复苏可期[N];中国化工报;2009年［6］外讯;美国热塑弹性体市场发展平稳[N];中国包装报;2009年［7］FellerJf,GrohensY.ComposA,35:1