Page 41 - 《CHINA RUBBER/PLASTICS INTELLIGENT MANUFACTURING AND ENV.PROTECTION》2019-7

技术与装备
T echnology & equipment

而定义高温下的性能有不同的标准。在高温下测 1 合成过程
试的应力/应变、撕裂和其他物理性能用于评估静态性 这种新型热塑性聚氨酯是通过多级聚合制成的。
能保持率。热老化后测试的性能是判断长期而热性的 第一阶段：前驱体预聚物是由低游离（LF）单体
证据。在动态力学测试中，由贮存模量随温度下降可 技术制得的。二异氰酸酯和双-官能团多元醇反应生成
预测材料承受动态载荷的能力。接触石油、化学品和 NCO封端顶聚物。若大摩尔量的过剩二异氰酸酯应用于
水可能是除了高温条件外的环境因素。这些条件部分 多元醇，则会抑制高分子量低聚物的形成（来自二异
或全部可能对某些应用起着决定性作用。例如，油田 氰酸酯-多元醇的多次加成）。由此产生的预聚物将具
和采矿应用要求耐热油和化学品，低tanδ对工业机械 有更规则的“异氰酸酯—多元醇—异氰酸酯”结构。
和其他应用的轮子、皮带和齿轮十分重要。 而未反应的游离二异氰酸酯单体，则在随后的蒸馏过
本文介绍LF PPDI基热塑性聚氨酯弹性体优越的 程中去除（公式1）。
性能保持能力。此外，还将讨论由LFMDI基预聚物制
得的TPU的性能和加工优势。重点将集中于由聚碳酸
酯（PC）、聚己酸内酯（PCL）和聚四亚甲基醚乙醇
（醚）的主链，以及二醇扩链的聚氨酯。将围绕如下
性能特点进行描述：
而LF预聚物内的游离二异氰酸酯含量可以低至
（1）由注塑TPU试样测得高机械强度。特别是这
＜0.10%，传统预聚物可能含有百分之几的游离PPDI单
些弹性体具有高撕裂强度和低压缩永久变形；
体，或10%以上的游离MDI单体。
（2）动态性能表明，TPU材料在温度高于100℃
低游离单体预聚物具有较窄的分子量分布。这种
时可保持贮存模量，并保持低tanδ（阻尼）值；
预聚物将作为下一阶段即TPU生成过程的前驱体。
（3）TPU弹性体在150℃下热老化前后均具有柔
第二阶段：由前驱体LF预聚物制备热塑性聚氨酯
韧性。它们明显优于其他聚氨酯和非聚氨酯材料，比
弹性体（商标名Ultralast）。从LF预聚物制备TPU的
如HNBR（氢化丁腈橡胶）；
想法是要生成具有规整形态的弹性体。硬段是由预聚
（4）150℃下在ASTM 903油中进行了耐热油研
物上的端部NCO基与扩链剂的反应形成的，没有游离二
究。热油老化后分析了其机械强度。由LF PPDI预聚物
异氰酸酯单体的干扰（公式2）。这一过程促进了硬段
制成的TPU优于典型的聚氨酯，并且相比HNBR更胜一
的聚集，如图1所示，且形成一种具有规整化学结构的
筹；
TPU弹性体，其软段微区与硬段微区之间的相分离良
（5）表明了基于碳酸酯主链的热塑性聚氨酯在
好，可承受使用环境的载荷。
85℃时的水解，耐酸性溶液和碱性溶液性能。
在加工性方面，这种新型热塑性聚氨酯的熔点较
低，在注塑和挤出操作中容易加工。熔点较低使得加
工时可更好地控制热降解。
HNBR类橡胶以长期接触和油后的性能保持好而
著称。这就导致了在高温下的各种不同应用领域采用
HNBR。同样，基于LF技术和选择结构单元的热塑性聚
氨酯也耐热、油和其他苛刻条件，不仅如此，热塑性
聚氨酯还可以提高加工效率。通过注塑或挤出制成的
弹性体表现出更高的机械强度。这些聚氨酯在热空气
中和热油中可长久保持高强度。这些特性对于石油、
采矿、汽车和其他行业，当应用HNBR和其他材料可能
无法满足极苛刻的要求时是求之不得的。
图 1 由 LF 技术制成的新型 TPU 与目前的市售 TPU 的结
构及形态对比

China Rubber/Plastics Intelligent Manufacturing And Environmental Protection 2019.07 15