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一文读懂TPU聚醚型和聚酯型的区别

TPU是聚氨酯类热塑性弹性体,是由二异氰酸酯、多元醇、扩链剂组成的多相嵌段共聚物。


美国Goodrich化学公司(现在更名为路博润)在1958年首次登记了TPU商品牌号Estane,之后60多年来全世界有超过20个商品牌号问世,每一个牌号有几个系列产品。


目前有生产TPU原料厂家主要有巴斯夫、科思创、路博润、亨斯迈、万华化学、上海恒安、瑞华、旭川化学等等。


作为性能优良的弹性体,TPU的下游产品方向非常广泛,在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用,比如鞋材、软管、线缆、医疗器械等。


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图 TPU线缆材料


然而常见的TPU又分两种类型:聚醚型和聚酯型。根据产品应用的不同要求,需要选用不同类型的TPU,比如耐水解性要求比较高的话,聚醚型TPU比聚酯型TPU要更合适。


所以,今天我们就来聊一聊,聚醚型TPU和聚酯型TPU有哪些区别,以及怎么去辨别?下面分别从原料差异、结构差异、性能对比、辨别方法四个方面进行阐述。


一、原料差异


相信很多人都知道热塑性弹性体是什么概念,它的结构特征就是同时含有软链段和硬链段,分别给材料带来柔软性和刚性。


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图 TPU颗粒


TPU也是一样有软链段和硬链段,而聚醚型TPU和聚酯型TPU的区别就在于软链段的不同,我们可以从原料上看一下区别。


聚醚型TPU:4-4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃(PTMEG)、1、4-丁二醇(BDO),其中MDI的用量约在40%左右,PTMEG约占40%,BDO约占20%。


聚酯型TPU:4-4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1、4-丁二醇(BDO)、己二酸(AA),其中MDI的用量约在40%,AA约占35%,BDO约占25%。


我们可以看到,聚醚型TPU软链段原料是聚四氢呋喃(PTMEG);聚酯型TPU软链段原料是己二酸(AA),其中己二酸会与丁二醇生成聚己二酸丁二醇酯作为软链段。


二、结构差异


TPU的分子链是(AB)n型嵌段线性结构,其中A为高分子量(1000-6000)的聚酯或聚醚,B一般是丁二醇,AB链段间化学结构是二异氰酸酯。


根据A结构的不同,TPU可分为聚酯型、聚醚型、聚己内酯型、聚碳酸酯型等等,较常见的就是聚醚型TPU和聚酯型TPU。


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图 聚醚型和聚酯型TPU分子链结构区别


从上图我们可以看到,聚醚型TPU和聚酯型TPU的整体分子链都是线性结构,区别主要还是在于软链段是聚醚多元醇还是聚酯多元醇。


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图 聚醚多元醇和聚酯多元醇结构式


三、性能对比


聚醚多元醇是在分子主链结构上含有醚键、端基带有羟基的醇类聚合物或齐聚物。因其结构中的醚键内聚能较低,并易于旋转。


因此聚醚型TPU具有优异的低温柔韧性、耐水解性、耐霉菌性、抗紫外线性等,产品手感好,但剥离强度与断裂强度相对较差。


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聚酯多元醇中共价键能极强的酯基可以和硬链段形成氢键,起到弹性交联点的作用,但聚酯容易受到水分子的侵袭而发生断裂,水解生成的酸又能进一步催化聚酯的水解。


因此聚酯型TPU具有优异的力学性能、耐磨性、抗撕裂性、耐化学腐蚀性、耐高温性、易加工等,但耐水解性较差。


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图 聚酯型TPU和聚醚型TPU性能对比


四、辨别方法


关于用哪种TPU比较好,只能说要根据产品物性需求来选择。要良好力学性能,就聚酯TPU;如果考虑成本、密度、产品使用环境,比如做水上游乐产品,则聚醚型TPU更合适。


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图 TPU输送软管


不过在选用的时候,又或者不小心搞混了两种类型TPU,它们在外观上没有明显的区别,那么该如何去辨别它们呢?


其实方法很多,比如化学显色反应法、气相色谱质谱(GCMS)、中红外光谱等,但这些方法技术要求较高,花费时间较长。


那有没有相对比较简单,又快速的鉴别方法?答案是有的,比如,密度比较法。


该方法只需要一台密度测试仪,这里以高精度橡胶密度计举例,测量步骤为:

  • 将产品放入测量台,显示产品重量,按ENTER键记忆。

  • 将产品放入水中即显示密度值。


整个测量过程约5秒,然后根据聚酯型TPU密度比聚醚型TPU大的原理进行区分即可,,具体的密度范围是:聚醚型TPU——1.13-1.18g/cm3;聚酯型TPU——1.18-1.22g/cm3。通过这个方法就可以快速区分TPU聚酯型和聚醚型啦。


END


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