水性聚醚聚氨酯與聚酯聚氨酯樹脂的特性區別
水性聚醚聚氨酯TPU酯類與聚酯聚氨酯樹脂醚類的差異TPU酯類與醚類的差異
本報告的目的在于明確TPU的大致劃分方法與分類，并將聚酯型聚氨酯彈性體與聚醚型聚氨酯彈性體單獨列出著重加以分析與比較。旨在明了其各自特性，以及二者之間性能方面存在差異的原因，并以此作為日后針對性選擇用料的依據。
一、TPU簡介
熱塑性聚氨酯彈性體簡稱TPU,又稱PU熱塑料，是一種由低聚物多元醇軟段與二異氰酸酯-擴鏈劑硬段構成的線性嵌段共聚物。
TPU的分子內含有-NH-COO-基團，其很多特性取決于長鏈二:元醇的種類，其硬度用硬段做比例來調節，它的光老化性可加光穩定劑來加以改善，同時也取決于異氰酸酯是芳香族還是脂肪族。
二、TPU的分類
TPU(Thermoplastic Polyurethane)按不同的標準進行分類。按軟段結構可分為聚酯型、聚醚型和丁二:烯型，它們分別含有酯基、醚基和丁烯基;按硬段結構分為氨酯型和氨酯脲型，它們分別由二醇擴鏈或- .胺擴鏈獲得。按有無交聯可分為純熱塑性和半熱塑性。前者是純線性結構，無交聯鍵;后者含有少量脈基甲酸酯等交聯鍵。
按合成工藝分為本體聚合和溶液聚合。在本體聚合中,又可按有無預反應分為預聚法和一步法:預聚法是將異氰酸酯與大分子二醇先行反應一-定時間,再加擴鏈劑生成TPU;一步法二異氰酸酯與大分子二醇和擴鏈劑同時混合反應生成TPU。溶液聚合是將二異氰酸酯先溶于溶劑中,再加入大分子二醇令其反應一定時間,后面加入擴鏈劑生成TPU。
按制品用途可分為異型件(各種機械零件)、管材(護套、棒型材)和薄膜(薄片、薄板)，以及膠粘劑、涂料和纖維等。
三、聚醚型TPU與聚酯型TPU之間所存在的差異
TPU的軟質段可使用多種的聚醇，大致上可分為聚醚系及聚酯系兩種。
(1)聚醚型TPU的生產原料主要有4-4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、聚四氫呋喃(PTMEG)、1、4-丁二醇(BDO)，其中MDI的用量約在百分之40左右，PTMEG約占百分之40，BDO約占百分之20
(2)聚酯型的TPU生產原料主要有4-4'--苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、1、4一丁二醇(BDO)、已二酸(AA)，其中MDI的用量約在百分之40，AA約占百分之35，BDO約占百分之25
2、分子質量分布及影響
聚醚的相對分子質量分布遵循Poisson幾率方程，相對分子質量分布較窄;而聚酯二元醇的相對分子質量分布則服從Flory幾率分布，相對分子質量分布較寬。軟段的分子量對聚氨酯的力學性能有影響，一般來說，假定聚氨酯分子量相同,.其軟段若為聚酯，則聚氨酯的強度隨作聚酯二二醇 分子量的增加而提高:若軟段為聚醚，則聚氨酯的強度隨聚醚二醇分子量的增加而下降，不過仲長率卻上升。這是因為聚酯型軟段本身就較強，分子量大則結構規整性高,對改善強度有利，而聚醚軟段則較弱，若分子量大，則聚氨酯中硬段的相對含量就減小，強度下降。
3、力學性能比較:
聚醚、聚酯等低聚物多元醇組成軟段。軟段在聚氨酯中占大部分，不同的低聚物多元醇與二異氰酸酯制備的聚氨酯性能各不相同。較強的聚酯作軟段得到的聚氨酯彈性體及泡沫的力學性能較好。因為，聚酯制成的聚氨酯含有大的酯基，這種聚氨酯內部不僅硬段間能夠形成氫鍵,而且軟段上的基團也能部分地與硬段上的基團形成氫鍵，使硬相能更均勻地分布于軟相中，起到彈*聯點的作用。在室溫下某些聚酯可形成軟段結晶，影響聚氨酯的性能。聚酯型聚氨酯的強度、耐油性、熱氧化穩定性比PPG聚醚型的高，但耐水解性能比聚醚型的差。
4、水解穩定性比較:
聚酯型熱塑性聚氨酯用碳化二亞胺進行保護后，耐水解性有所提高。聚醚酯型熱塑性聚氨酯和聚醚型熱塑性聚氨酯在高溫下的耐水解性好。
聚酯易受水分子的侵襲而發生斷裂，且水解生成的酸又能催化聚酯的進一步水解。聚酯種類對彈性體的物理性能及耐水性能有一定的影響。隨聚酯一醇原料中亞甲基數目的增加，制得的聚酯型聚氨酯彈性體的耐水性提高。酯基含量較小，其耐水性也較好。同樣，采用長鏈二元酸合成的聚酯，制得的聚氨酯彈性體的耐水性比短鏈二元酸的聚酯型聚氨酯好。
5、耐微生物性比較:
聚酯型軟質熱塑性聚氨酯與潮濕的土壤長時間接觸，會被微生物侵蝕，而聚醚型軟質或硬質熱塑性聚氨酯以及聚醚型熱塑性聚氨酯或硬質熱塑性聚氨酯通常不會受到微生物侵蝕。
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四、產生差異原因的分析
1、聚醚多元醇:
聚醚多元醇是在分子主鏈接構上含有醚鍵、端基帶有羥基的醇類聚合物或齊聚物。因其結構中的醚鍵內聚能較低，并易于旋轉，故由它制備的聚氨酯材料低溫柔順性能好，耐水解性能優良，雖然機械性能不如聚酯多元醇基聚氨酯，但手感性好。體系粘度低，易與異氰酸酯、助劑等組分互溶，加工性能優良。
2、聚酯多元醇:
聚酯多元醇主要是由二元羧酸和二元以上醇類化合物進行縮聚反應生成的產物，.其結特征是在分子主鏈上含有酯基、在端基上具有羥基的大分子醇類，分子量一般為500~3000。
由聚酯多元醇為基礎的聚氨酯材料，通常都具有力學機械性能好，耐油、抗磨性能優越等特點，但它們的耐水解性能較差，低溫柔順性差，其制品的手感，尤其是低溫時的手感不如聚醚多元醇基聚氨酯柔軟。聚酯多元醇的內聚能大，室溫下多為蠟狀固體，加熱熔融后的粘度較大，它們與聚氨酯合成中所用的其它原料組分的互溶性遠不如聚醚多元醇好。
3、柔性鏈段
在原料化學配比一定的情況下，改變柔性鏈段的長度，對于不同軟段類型彈性體性能的影響是不一樣的。軟段分子量增加也即降低了硬鏈段的比例。由于醚鍵內聚能較低，鍵的旋轉位壘較小，隨著聚醚相對分子質量的增加，鏈更柔順，軟段比例增加，故強度下降，彈性增加，永遠變形增加。而對于聚酯一醇來說，軟段長度對強度的影響并不很明顯。這是因為分子中存在酯基,聚酯軟段的分子量增加，酯基也增加，抵消了軟段增加、硬段減少對強度的負面影響。另外，聚酯型聚氨酯的耐水解性能隨聚酯鏈段長度的增加而降低，這是由于酯基增多的緣故:聚醚型聚氨酯的耐水解性能隨聚醚鏈段長度的增加而提高。
五、價格比較
聚醚類聚氨酯彈性體照比聚酯類聚氨酯彈性體在價格方面要高出很多，其主要原因為：
①聚醚類聚氨酯彈性體具備良好的耐水解性能、耐低溫性能、耐彎曲性能。
②構成TPU軟段的聚醚類多元醇與聚酯類多元醇相較之下，其生產原料價格較高。
③聚醚類多元醇生產工藝照比聚酯類多元醇要復雜很多。
④聚醚類多元醇在反應過程中各工藝條件較難控制。
⑤在生產聚醚類多元醇時，對生產設備的要求較高，同時，生產過程中還要注意采取一定的防護措施。
六、結論綜上所述，聚醚型TPU具有高強度、耐水解和高回彈性，低溫性能好的優點。通常用于軟泡、硬泡，硬質塑料和表面涂料、高回彈軟質泡沫的加工生產。而聚酯型TPU具有較好的拉伸性能、撓曲性能、耐摩損性以及耐溶劑性能，不易氧化和耐較高溫度等優點。主要用于軟泡、硬泡、小密度半硬泡、軟質涂料、彈性體和膠粘劑、實芯和微孔彈性體的生產。
聚醚型TPU與聚酯型TPU產生差異的主要原因是由于其軟段構成物分別為聚醚型低聚物多元醇及聚酯型低聚物多元醇，而TPU的軟段成份又主要影響到熱塑性聚氨酯的低溫柔軟性和長期耐老化性。
就目前看來，我們Ever Tech 在原料選用上聚酯類TPU使用較多，而對于聚醚類TPU很大部分還停留在樣品料測試階段。許多商品熱塑性聚氨酯都是聚酯型的，這種熱塑性聚氨酯的耐磨性、抗撕裂性以及拉仲和撕裂強度都優于聚醚型熱塑性聚氨酯，聚酯型熱塑性聚氨酯在油、脂和水中的溶脹性也比較小。但其在耐水解性、耐微生物降解性和低溫性、柔順性等方面卻不具備聚醚型聚氨酯彈性體的優勢，因此在對上述性能要求較高時，推薦使用聚醚型熱塑性聚氨酯
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