TPU(热塑性聚氨酯)的分析

TPU(热塑性聚氨酯)的分析2010-01-21 16:52

TPU是电缆护套的优质材料，在军工产品和海洋电缆方面油广泛的应用，聚酯型和

聚醚型TPU机械性能，前者比后者好，但是的耐湿气蒸发性、耐细菌性和耐低温冲击性，则

后者比前者好，因此，电缆产品常选用聚醚型TPU。对于初次接触TPU或TPU加工品的电缆

工作者来说，在区别聚醚性TPU与聚酯型TPU上有一些困惑。以下就聚酯与聚醚在性能、使

用以及区别上做一个分析。

一、TPU简介

热塑性聚氨酯弹性体简称TPU，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。

TPU （Thermoplastic Polyurethane）按不同的标准进行分类。按软段结构可分为聚酯

型、聚醚型和丁二烯型，它们分别含有酯基、醚基和丁烯基；按硬段结构分为氨酯型和氨酯

脲型，它们分别由二醇扩链或二胺扩链获得。按合成工艺分为本体聚合和溶液聚合。在本体

聚合中又可按有无预反应分为预聚法和一步法: 预聚法是将二异氰酸酯与大分子二醇先行

反应一定时间再加扩链剂生成TPU；一步法二异氰酸酯与大分子二醇和扩链剂同时混合反应

生成TPU。溶液聚合是将二异氰酸酯先溶于溶剂中再加入大分子二醇令其反应一定时间最后

加入扩链剂生成TPU。按制品用途可分为异型件(各种机械零件)、管材(护套、棒型材)和薄

膜(薄片、薄板)，以及胶粘剂、涂料和纤维等。我想多大多数人所接触到的基本分类均为聚

酯型和聚醚型。就我们作为TPU薄膜和TPU复合布的生产厂家来说日常用到的分类就是聚酯

型和聚醚性，以聚酯型为主。

二、聚酯与聚醚在性能上的差异

聚醚型(Ether):高强度、耐水解和高回弹性，低温性能好。

聚酯型(Ester):较好的拉伸性能、挠曲性能、耐摩损性以及耐溶剂性能和耐较高温度。

从对比来看：

抗拉强度 聚酯系 ＞ 聚醚系

撕裂强度 聚酯系 ＞ 聚醚系

耐磨耗性 聚酯系 ＞聚醚系

耐药品性 聚酯系 ＞聚醚系

透明性 聚酯系 ＞ 聚醚系

耐菌性 聚酯系 ＜ 聚醚系

湿气蒸发性 聚酯系 ＜ 聚醚系

低温冲击性 聚酯系 ＜ 聚醚系

综上所述，聚醚型TPU具有高强度、耐水解和高回弹性，低温性能好的优点。通常用于

软泡、硬泡，硬质塑料和表面涂料、高回弹软质泡沫的加工生产。而聚酯型TPU具有较好的

拉伸性能、挠曲性能、耐摩损性以及耐溶剂性能，不易氧化和耐较高温度等优点。主要用于

软泡、硬泡、低密度半硬泡、软质涂料、弹性体和胶粘剂、实芯和微孔弹性体的生产。就目

前看来，我们公司在生产商使用上聚酯类TPU较多，而对于聚醚类TPU的使用较少，一般针

对那些有特殊要求的客户，我们一般也推荐客户使用聚酯型TPU.聚醚型TPU与聚酯型TPU

产生差异的主要原因是由于其软段构成物分别为聚醚型低聚物多元醇及聚酯型低聚物多元

醇，而TPU的软段成份又主要影响到热塑性聚氨酯的低温柔软性和长期耐老化性。其具体影

响因素较为复杂故不作分析。

三、醚类与酯类的鉴别方法分析

这里介绍两者从实际角度交易实现的方法：

1、通过密度测试法进行鉴别

按照实验室密度测试的方法进行

材料密度：聚醚 1.13-1.18 g/cm3；聚酯 1.18-1.22 g/cm3。该操作较易进行，且步骤

简单，是我们在日常生活这交易实现的鉴别方法。

2、以显色反应鉴定聚氨酯弹性体

方法之一：

将TPU样品溶于5-10ml的冰醋酸中，如果是不溶于冰醋酸的TPU，可利用冷或热的适

当溶剂进行溶解。间甲酚、二甲基亚矾或二甲酰胺是配制溶解TPU的有效溶剂，将溶解好的

TPU的溶液滴入约0.1g对甲氨基苯甲基反应试剂，几分钟后就会显黄色。通过水解TPU，以

酯基与羟胺反应，形成氧肟酸盐，再与酸式氯化铁反应形成深红色或紫色的络盐来鉴别TPU

是聚酯型TPU，醚类化合物不显示特征显色反应。

方法之二：

将约5g左右TPU在加有酚酞的甲醇溶液中与几滴2mol/L的氢氧化钾反应，以酚酞为指

示剂，使混合物保持碱性，加入几滴盐酸羟胺的甲醇的饱和溶液。在几秒内将混合液加热

（50℃），用1mol/L的盐酸酸化，加入一滴3%的氯化铁水溶液，聚酯型TPU立刻显示特有

的紫色，由蓖麻油或二聚脂肪酸制得的聚酯显褐色或紫褐色，聚醚类TPU不显色。

该鉴定方法属化学鉴定法，而密度鉴定法属于物理鉴定法，与之相比更具有可信度，亦

可采用。但因操作涉及到诸多化学试剂，步骤及实验过程均需严格控制，且实验复杂。故需

从事该方面的专业性人员进行。对一般的操作人员要求较大。

四、切忌勿将酯类与醚类的共混

聚醚类TPU内的醚基与聚酯类TPU内的酯基的极性不同，以及分子结构存在差异，而导

致醚基一般在酯基树脂中的兼容性差，所以将两者混合起来就会出现分层现象，另外还与醚

键的分子间作用力有较密切的关系，此外，聚酯的结晶性一般比聚醚的结晶性强很多，故其

兼容性亦较差。但并不是所有的醚类都这样，因为PTMG（聚四氢呋喃）的结晶性和聚酯的

结晶性差不多，因此用PTMG合成的聚醚类TPU与聚酯类TPU的兼容性就稍好一些，在合成

过程中是可以进行合成的，只不过其加工后的各项物理性能还是会大大下降，得不偿失，故

亦没有必要进行该项共混。由此可见，醚类与酯类是不能混合在一起进行加工的，这是由于

二者的分子结构差异、分子内聚能差异、分子间作用力差异、结晶性差异及其二者分子的不

兼容性所决定的当将其二者进行共混加工时在试件表面将会出现明显的纹路，会有混浊现象

产生。即便是可以勉强混合在一起进行加工，加工后的成品各种物理性能也还是会大大下降，

尤其是不能用于加工特别透明的配件，在大批量的生产中亦会有很大难度，在生产过程中亦

要尤其注意切勿将二者误混。

五、附加说明

以上的鉴别方法，主要适用于纯聚酯型和聚醚型TPU，电缆护套材料，有时需要添加其

他成分，如阻燃剂、着色剂以及其他填充料。这对于上述的二种鉴别方法，会造成影响判断

的正确性，因此鉴别应当在添加其他成分之前进行。