热塑性聚氨酯的生产_加工与应用

TPU 制品的生产

1 使得台湾地区 TPU 材料的竞争十分激烈，于是包括 线材、薄膜和压延等新品种 T P U 不断推出。 国

内最早开展 TPU 研制工作当属山西省化工研

究所(1973 年)，其后天津聚氨酯塑料制品厂首先生

产出 TPU 弹性体供应市场(1985 年)，黎明化工研究

院在 1985 年开始承担 TPU 磁带胶和鞋用胶研制，

1993 年成立吉明公司，利用国产设备开始生产

T P U 。此外，烟台华大( 现万华超纤股份有限公

司) 、天津大邱庄尧舜集团、济南五三所和广东、

福建一些台资厂也相继生产 T P U 产品。

热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane ，简称

T P U ) 是一类加热可塑化、溶剂可溶解的聚氨酯，

与混炼型聚氨酯(MPU)和浇注型聚氨酯(CPU)比较，

化学结构上没有或很少有化学交联，其分子基本上

是线性的，然而却存在一定量的物理交联。TPU 的

性能和 M P U 、C P U 一样，都有高强度、高模量、

高伸长和高弹性；并且具有优良的耐磨、耐油、

耐低温和耐老化等特性，是一类综合性能优良的高

分子合成材料。

自 1960 年古得里奇(Goodrich)首先实现了 TPU

工业化生产以来(其商品牌号为 Ethane)，世界 TPU

发展方兴未艾。1961 年 Mobay 公司实现了半热塑性

聚氨酯的商品化(其牌号为 Texin)，其后 Dow 化学

公司的 Pellethane ，德国 Bayer 公司的 Desmopan ，

BASF 公司的Elastollan ，大日本油墨公司的Pandex

等商品化 T P U 相继问世。

在台湾地区，早期生产 TPU 公司主要有大颖公

司(1986 年投产)、益晃公司(1987 年)、劲强公司

(1987 年)等，当时以挤出鞋材和空气管为主，年生

产和使用量在 1 200 t 左右。到 20 世纪 90 年代中后

期，情况有了较大改善，以健日佳(1991 年)、优

得(1992 年)和高鼎等公司多家厂商投入 TPU 生产，

文献标识码: A 文章编号: 1672-2191(2005)02-0040-06

中图分类号: TQ325 摘 要: 介绍热塑性聚氨酯的生产方法、原料、设备、加工工艺和应用领域。 关键词: 热塑性聚氨酯；双螺杆反应挤出机；本体聚合；注射成型；挤出成型；压延成型 热塑性聚氨酯的生产、加工与应用

朱长春 1，谷金河2

（1.洛阳吉明化工有限公司，河南洛阳 471012；2.河南洋浦科贸有限公司，河南郑州 450002）

收稿日期: 2004-12-30

作者简介: 朱长春( 1962-) ，男，河南信阳人，高级工程师，主要从事聚氨酯胶黏剂研究、生产和开发工作。 形成强氢键的微区，短且开链结构无取代基的扩链

剂有利于硬段和氨酯基的聚集，所以含有紧密、对

称、环状的核获得硬段和模量较高的 TPU(表 2) 。

1.1.2 扩链剂(chain extender)

扩链剂为相对分子质量较低(100~350)的二元

醇，与异氰酸酯反应产生富含氨酯的硬段，该硬段

H （O -C H (C H 3) -C H 2-O ）n C H 2-C H (C H 3)

-O H P P G 聚1,2-氧亚丙基二醇 H （O -(C H 2) 4）n O H P T M G 聚氧四亚甲基二醇 H （O -(C H 2 ) 6-O C O O ）（n C H 2) 6

-O H H （O -(C H 2) 5 -C O -O R O ）（x C O -(C H 2) 5）y O H 聚酯型，

机械性、耐油性好 聚己内酯型，耐水解性好 聚碳酸酯型，成本高 聚醚型，抗菌，低温

和水解稳定性

好，成本高 聚醚型，水解稳定

性好，成本低

H （O-(CH 2)4OCO(CH 2)4-COO ）n ( C H 2)4-OH 聚四亚甲基己二酸酯二醇 聚ε-己内酯二醇 聚六亚甲基碳酸酯二醇 P B A P C L P H C

特征 结构 化学名称 缩写 表 1 适合 TPU 弹性体的部分大分子二醇

Tab.1 PartialmacromolecularglycolssuitableforTPUelastomers

1.1 TPU 基本原料

1.1.1 大分子二醇(macromolecular glycol)

T P U 中大分子二醇相对分子质量较高，大约

500~4000(通常 1000~2000)，一定要双官能团才能

研制成线性 T P U 长链。在 T P U 弹性体中大分子二

醇通常约为 50%~80%，构成了 TP U 弹性体软段结

构(soft segment)。如果大分子二醇链结构均一且无

取代基团，则有利于在 TPU 中大分子二醇的聚集，

因而有较高物理性能。相反，若大分子二醇链不规

整且有取代基团，则有利于形成无定型 T P U ，因

而有较低物理性能(表 1)。

OCN - p- 亚苯基二异氰酸酯 p-PDI -CH 2-

-NCO -NCO -CH 2- M D I 亚甲基-双(4-苯基异氰酸酯) OCN - H 12

M D I 亚甲基-双(4-环己基异氰酸酯) OCN - 排料及造粒系统主要包括齿轮增压泵、熔体过

滤器、熔体换向阀、水下切粒机、水处理设备、

离心式粒子干燥器和包装设备，其技术指标如下：

结构

化学名称 缩写 适合 TPU 产品的部分二异氰酸酯示于表 3 。 表 3 适合 TPU 弹性体的部分二异氰酸酯

Tab.3 PartialdiisocyanatessuitableforTPUelastomers

氨酯稠密硬段 氨酯稀疏软段 [(NHCOO-R '-OCONHR ) ( NHCOO-R ″-OCONHR)n-1 ]x 大分子二醇 扩链剂 二异氰酸酯 →

n OCN -R -NCO + HO-R '-OH + (n -1)HO -R ″-OH 长径比 螺杆材质 机筒材

质 主驱动电机 调

温方式 机筒温度

/℃ 螺杆转速

/(r .min -1)

1.2.4 排料及造粒系统

≥52:1 900HV 渗氮钢

800HV 渗氮钢 直流变频 电加热/水冷 误差±2 ，可设定

350

1.1.3 二异氰酸酯

二异氰酸酯也是较小的分子，相对分子质量为 150~250，在 TPU 中作为偶联剂，连接大分子二醇 组分生成氨酯稀疏的软段，同时也连接扩链剂二醇 组分生成氨酯稠密的硬段，其结构式如下： HO -CH 2-C(CH 3) 2-CH 2-O H

HO -(CH 2)2-O - -O -(CH 2)2-O H H Q E E 1,4-双(2-羟乙氧基)苯

N G 新戊二醇

P X G ρ - 亚苯基二甲基二醇 HO-CH 2- -CH 2-OH 混合方式大致有 3 种，一是采用变频高速混合

头；二是采用小型混合双螺杆，侧位混合加料；

三是采用在主机双螺杆上调整螺纹块组合方式达到

混合目的。

1.2.3 双螺杆反应挤出机

双螺杆反应挤出机是 TPU 生产的关键设备，对

该设备技术指标要求如下：

HO -(C H 2)4-O H

HO-CH 2- -CH 2-OH

B D O 1,4-丁二醇

C H

D M 1,4-环己烷二甲醇 结构 缩写 化学名称 连续计量

≤1

±0.25~0.5 ±2

计量方式 计量秤重复性/% 动态精度(60s)/%

调温精度/℃ 表 2 适合 TPU 扩链剂的低分子二醇 Tab.2Low-molecularglycolssuitableforTPUchainextenders