TPU一般是由平均相对分子质量为600~4000的长链多元醇、相对分子质量为61~400的扩链剂、多异氰酸酯为原材料制得的。
在许多看似可行的原材料中,仅有很少一部分才有实际意义。由于软硬段的配比可在很大范围内调整,因此制得的TPU既可以是柔软的弹性体,也可以是脆性的高模量塑料。
⒈软段:长的软段主要控制TPU的低温性能、耐溶剂性和耐候性。有两类总要的软段:端羟基聚酯和端羟基聚醚。
⑴聚酯:典型的端羟基聚酯是由己二酸和过量的二元醇(比如乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-乙二醇、新无戊二醇或者这些二元醇的混合物)在200℃高温下反应制得的,得到的聚酯的酸值应小于2。TPU的性能主要决定于聚酯的平均相对分子质量,而与相对分子质量的分布关系不大。
⑵聚醚:工业上有两类重要的聚醚,聚环氧丙烷聚醚二元醇和聚四氢呋喃聚醚二元醇。聚环氧丙烷聚醚二元醇是用双官能化合物(如丙二醇)为引发剂,在碱催化下环氧丙烷开环聚合得到的;聚四氢呋喃聚醚二元醇则是通过四氢呋喃的阳离子开环聚合制得。
聚醚的相对分子质量分布较窄,而聚酯二元醇的相对分子质量分布较宽。聚醚和聚酯混合使用可降低成本,并赋予TPU良好的综合性能。
⒉硬段:
⑴多异氰酸酯:适用于制备TPU的最重要的二异氰酸酯是4,4'-二苯基甲烷-二异氰酸酯MDI,另外还有1,6-六亚甲基二异氰酸酯HDI、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯H12-MDI、3,3'-二甲基-4,4'-二异氰酸酯基-联苯TODI、1,4-苯二异氰酸酯和反式1,4-环己烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯NDI。
⑵扩链剂:扩链剂和二异氰酸酯的选择决定了硬段的性质,也在很大程度上决定了TPU的性能。
最重要的扩链剂是线性二元醇,比如乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,4-二(羟基乙氧基)苯。这些二元醇与二异氰酸酯反应所生成的聚氨酯在常温下几乎完全结晶,并且在熔融加工时不分解。但在制备高硬段含量的TPU时不宜用二元醇作扩链剂,否则高温热稳定性较差。
⒊添加剂:
TPU常用添加剂有以下几种:
⑴脱模剂是最常用的,可以是脂肪酸衍生物(酯或酰胺)、硅油或氟塑料;用量约0.1~2%质量份数。
⑵聚酯型TPU通常需要加入1~2%的有空间位阻效应的芳香族碳化二亚胺以防止水解。
⑶为改善TPU的抗光降解性、抗氧性和耐高温性,最好加入位阻酚或位阻胺作为稳定剂。
⑷模压成型或成膜时,需加入无机材料如碳酸钙、滑石粉、硅酸盐等,起到结晶促进剂和让表面粗糙的作用,以改善脱模性;云母、有机纤维特别是玻璃纤维可用来增强TPU。
⑸加入少量的石墨、硫化钼、氟代烃、硅油或者其混合物,可以显著降低TPU的摩擦系数。
⑹加入少量增塑剂可以获得比较柔软的TPU。