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热塑性聚氨酯

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热塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane, TPU)是具有弹性透明、抗油、抗脂、耐磨等特性的聚氨酯塑料。这类塑料是热塑性弹性体英语thermoplastic elastomer,包括由硬链段及软链段所组成的线性链段共聚物

化学

热塑性聚氨酯是由硬链段和软链段交替出现而组成的嵌段共聚物(block copolymer),分别是由异氰酸酯和短链二元醇的产物(所谓的扩链剂),以及异氰酸酯和长链二元醇的产物。调整反应化合物的比例、结构及分子量,可以产生许多不同的TPU。这可以让化学家调整聚合物的结构,以达到理想的材质。

形态学

热塑性聚氨酯中包括嵌段结构的线性聚合链。其中包括低极性,比较长的链段(称为软链段),以及高极性,比较短的链段(称为硬链段)。二种链段靠共价键连结,因此称为嵌段共聚物。软链段和硬链段的混溶性视其玻璃转化温度(Tg)差异而定[1],这出现在发生微布朗链段运动的时候,可以用动态力学谱识别。针对不混溶的TPU,损耗模量谱会出现二个峰值,每一个对应一个成分的玻璃转化温度。若二个成分可以混溶,就只会出现一个峰值,位在二个成分玻璃转化温度之间。

硬链段的极性造成彼此之间很强的吸引力,让这个相产生高度的聚合及次序,在软且可挠的基质中形成结晶或是伪结晶的区域。各区块之间的相隔离(phase separation)可能重要,也可能不重要,视可挠链的极性及分子量,制造条件而定。结晶区或是伪结晶区的作用类似实体的交叉链接,会影响热塑性聚氨酯的弹性,而可挠链会影响其伸长的特性。

不过,这些“伪交叉链接”在受热后就会消失,因此可以用挤塑成型注射制模压延成型等加工方式对热塑性聚氨酯加工。热塑性聚氨酯的废料也可以再加工利用。

用途

热塑性聚氨酯的用途很多,包括汽车仪表板、脚轮、电动工具、体育用品、医疗设备、传动皮带、鞋子、充气筏、消防水管,以及挤出的薄膜、片材以及形材[2][3]。热塑性聚氨酯也是一些装置(像是手机)的可挠外壳中常见的材质[4]

热塑性聚氨酯常用在电线和电缆的护套、软管和管材,粘合剂以和纺织涂层,也用来做其他聚合物的抗冲改质剂[5]。热塑性聚氨酯也用在高性能的薄膜上,例如耐冲击的夹层玻璃结构。

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参考资料

  1. ^ Olagoke Olabisi; Lloyd M. Robeson; Montgomery T. Shaw. Polymer-Polymer Miscibility. Amsterdam: Burlington Elsevier Science. 2012. ISBN 978-0-12-525050-4. [页码请求]
  2. ^ Texin® thermoplastic polyurethane (TPU) resin. Bayer Material Science. [2012-02-26]. (原始内容存档于2011-07-26). 
  3. ^ Thermoplastic Polyurethane. American Chemical Council. [2012-02-26]. (原始内容存档于2021-05-19). 
  4. ^ Michael, John. TPU Cases. Cellz. [13 November 2014]. (原始内容存档于2014-11-13). 
  5. ^ http://pub.lubrizol.com/Engineered-Polymers/Markets/Industrial-Solutions [失效链接]