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化学-物理结构

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每种热塑性聚氨酯(TPU)都有其独特的结构,但具有相似的基本属性。

Desmopan®是一种应用广泛的TPU,这种多相嵌段共聚物通过精心协调的加聚反应生成,包括三种基本原料:多元醇(或长链二醇)、短链二醇(也称为扩链剂)和二异氰酸酯。
TPU示意图
该反应使用的多元醇通常是分子量在1000至4000之间的聚酯、聚醚或聚碳酸酯二醇。一些常见的短链二醇包括丁二醇、己二醇或芳香族二醇。对于二异氰酸酯组分,通常使用二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。 异氰酸酯基与二醇的羟基反应生成氨基甲酸酯,基于该官能团材料材料定名为聚氨酯甲酸酯。

TPU 是由刚性和柔性链段组成的二相形态结构。。

在根据特定目标控制TPU的化学基础原料之间的反应时,可以实现更大或更小的嵌段结构,并由柔性多元醇基团和刚性(有序)扩链剂的比例(分离)决定。扩链剂嵌段中的这种顺序是由于与相邻聚合物链的扩链剂嵌段的物理相互作用而发生的。这些相互作用是TPU弹性行为的节点。同时,可逆熔化节点是TPU热塑性行为的前提条件。

然后,柔性多元醇嵌段在三维宏观空间中形成所谓的 “柔性链段”(在图中显示为波浪形),而刚性扩链剂嵌段形成所谓的“刚性链段”(显示为棒状)。

刚性和柔性链段形成所谓的不同形态“相”。这些相(可能还包括刚性和柔性链段的混合相)的形状和分布是TPU应用性质的最终主要决定因素。

可调节基础原料和流程

TPU具有优异的可调节性,经过调整后可满足不同应用的需求。一个调整着手点是TPU的化学基础原料;另一个是它的生产过程。 要从基础原料开始,无序柔性链段决定材料的化学性质以及对水解、微生物和化学品的耐受性。低温柔韧性的关键属性也可通过柔性链段调节。有序或“结晶”刚性链段决定了TPU的加工特性,例如熔化和凝固行为,以及热变形温度等热属性。

TPU的材料属性也会在很大程度上受到生产过程的影响,基础原料混合的顺序和强度以及混合温度都会带来变化。 通过改变刚性链段与柔性链段的定量比,可使硬度具有很宽的变化范围邵A硬度40至邵氏D硬度80),机械测试中的模量也是如此。TPU聚合物的链长通过二异氰酸酯与二醇总量的比例调节。可以达到数均20000至150000的TPU分子量。TPU的熔化行为、热变形温度和机械强度等特性也可以通过类似的方式加以影响。

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