TPU（thermoplastic polyurethane）是熱塑性聚氨酯彈性體的簡(jiǎn)稱，是一種性能優(yōu)良的熱塑性彈性體，兼具塑料的機(jī)械強(qiáng)度及橡膠的彈性，可采用傳統(tǒng)的加工方式進(jìn)行加工，如擠出，注塑，吹塑，流延，吹膜，壓延等，其應(yīng)用領(lǐng)域也呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，如鞋材，管材，薄膜，線纜，滾輪，合成革，膠黏劑，消費(fèi)電子，智能可穿戴設(shè)備，生物醫(yī)療器材等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，TPU的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，市場(chǎng)前景也更為廣闊。

一、TPU的分子結(jié)構(gòu)

合成TPU的主要原料分為三種：聚合物二元醇（Polyol），二異氰酸酯（diisocyanate），小分子二元醇擴(kuò)鏈劑（chain extender），三種原料之間反應(yīng)生成軟硬段相間的嵌段共聚物，其中polyol為軟段相，賦予材料良好的柔順性和高彈性，diisocyanate與chain extender形成的硬段相，賦予材料良好的力學(xué)性能。

圖一：TPU分子結(jié)構(gòu)

二、 TPU的微相結(jié)構(gòu)

TPU之所以兼具力學(xué)強(qiáng)度和高彈性，與其微相結(jié)構(gòu)有著密不可分的關(guān)系。由于分子間作用力（包括氫鍵）作用，硬段之間由于氫鍵的作用傾向于聚集形成類似于結(jié)晶的有序結(jié)構(gòu)，而這種有序結(jié)構(gòu)在材料中起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，由于軟硬段極性的差異，造成了TPU材料軟段相和硬段相的微相分離，硬段賦予材料良好的力學(xué)強(qiáng)度，軟段賦予材料極佳的彈性，正是這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使材料具有良好的性能，且軟硬段極性差異越大，微相分離越完全，材料的性能也相對(duì)越好；同時(shí)這種物理交聯(lián)又不同于橡膠分子間的化學(xué)交聯(lián)，這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)是可逆的，當(dāng)TPU材料熔融后硬段聚集態(tài)結(jié)構(gòu)解除，而冷卻過(guò)程中又再次形成這種結(jié)構(gòu)，因此TPU生產(chǎn)和加工中微相分離程度的控制對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。

圖二TPU微相結(jié)構(gòu)與橡膠化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)比

圖三 TPU物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)的可逆性

三、 聚酯型TPU和聚醚型TPU對(duì)比

根據(jù)合成TPU所用Polyol的不同，TPU大致可分為聚酯型TPU和聚醚型TPU，聚酯型TPU所用polyol一般為分子量為1000-3000的己二酸系二元醇，聚醚型TPU所用polyol一般為分子量為1000或2000的聚四氫呋喃二醇（PTMEG）。兩種類型TPU在以下幾個(gè)方面也表現(xiàn)出明顯的差異。

機(jī)械強(qiáng)度

相對(duì)于聚醚型TPU，由聚酯型polyol合成的TPU分子含極性大的酯基，這種聚氨酯內(nèi)部硬段之間不僅能夠形成氫鍵，而且軟段上的極性基團(tuán)也能部分地與硬段上的極性基團(tuán)形成氫鍵，使硬相能更均勻地分布于軟相中，起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。因此相對(duì)而言，聚酯型TPU的力學(xué)強(qiáng)度更高；另外在原料化學(xué)配比一定的情況下，改變polyol的分子量對(duì)TPU力學(xué)強(qiáng)度的影響也不相同。對(duì)于聚醚型TPU來(lái)說(shuō)，增加polyol的分子量相當(dāng)于減少硬段比例，由于醚鍵內(nèi)聚能較低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘較小，隨著聚醚相對(duì)分子質(zhì)量的增加，鏈更柔順，軟段比例增加，故強(qiáng)度下降，彈性增加；對(duì)于聚酯型二元醇來(lái)說(shuō)，polyol分子量的增加對(duì)強(qiáng)度影響則不明顯，這是由于分子中存在極性酯基，聚酯軟段的分子量增加，酯基也增加，這在一定程度上抵消了軟段增加、硬段減少對(duì)強(qiáng)度的負(fù)面影響。

低溫柔順性

相對(duì)于酯基來(lái)說(shuō)，由于醚鍵內(nèi)聚能較低，易于旋轉(zhuǎn)，故聚醚型TPU具有更好的耐低溫性能。

耐水解

聚酯型TPU易受水分子的侵襲而發(fā)生分子斷裂，且水解生成的酸又能催化其進(jìn)一步的水解，這在高溫條件下表現(xiàn)的尤其明顯。雖然在聚酯TPU生產(chǎn)配方中加入（聚）碳化二亞胺抗水解劑可大幅度提高聚酯型TPU的耐水解性能，但總體來(lái)說(shuō)聚醚型TPU具有更好的耐水解性，尤其是耐高溫水解性。

耐熱氧老化性能

醚基鄰位亞甲基上的α氫比較活潑，在空氣中受熱極易氧化使制品變黃，所以聚酯型TPU的耐熱氧老化性能更好。而聚醚型TPU在配方中往往添加受阻酚類或亞磷酸酯類等抗氧劑以提高產(chǎn)品的耐氧化性能。

耐油性及耐生物降解性

由于聚酯型TPU分子軟段的極性與油脂極性差異更大，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)其耐油性要比聚醚型更好，但是聚酯型TPU與微生物長(zhǎng)期接觸，會(huì)被微生物侵蝕，而聚醚型TPU則很難受到微生物的侵蝕，故聚醚型TPU的耐生物降解性能更好。

價(jià)格

鑒于生產(chǎn)原料價(jià)格及其它方面的因素，聚醚型TPU的價(jià)格要高于聚酯型TPU。

總體上說(shuō)，聚酯型TPU價(jià)格相對(duì)較低，具有更好的力學(xué)性能，耐熱氧老化性和耐油性，聚醚型TPU價(jià)格較高，耐低溫性，耐水解性及耐生物降解性更好。