聚醚型TPU與聚酯型TPU之間的差異

聚醚型TPU與聚酯型TPU之間所存在的差異，TPU的軟質(zhì)段可使用多種的聚醇，大致上可分為聚醚系及聚酯系兩種。

聚醚型(Ether)：高強(qiáng)度、耐水解和高回彈性，低溫性能好。

聚酯型(Ester)：較好的拉伸性能、撓曲性能、耐摩損性以及耐溶劑性能和耐較高溫度。

軟質(zhì)段的差異，對(duì)物性所形成的影響如下：

性能	比較
抗拉強(qiáng)度	聚酯系>聚醚系
撕裂強(qiáng)度	聚酯系>聚醚系
耐磨耗性	聚酯系>聚醚系
耐藥品性	聚酯系>聚醚系
透明性	聚酯系>聚醚系
耐菌性	聚酯系<聚醚系
濕氣蒸發(fā)性	聚酯系<聚醚系
低溫沖擊性	聚酯系<聚醚系

主要包括以下內(nèi)容

（一）聚醚型TPU與聚酯型TPU之間所存在的差異

（二）產(chǎn)生差異原因的分析

（三）加工過(guò)程的差異性比較

（四）各種共混后加工現(xiàn)象的分析

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(一) 聚醚型TPU與聚酯型TPU之間所存在的差異

1、 生產(chǎn)原料及配方差異

（1）聚醚型TPU的生產(chǎn)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40%左右，PTMEG約占40%，BDO約占20%

（2）聚酯型的TPU生產(chǎn)原料主要有4-4’—二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、1、4—丁二醇（BDO）、己二酸（AA），其中MDI的用量約在40%，AA約占35%，BDO約占25%

2、分子質(zhì)量分布及影響

聚醚的相對(duì)分子質(zhì)量分布遵循Poisson幾率方程，相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄；而聚酯二元醇的相對(duì)分子質(zhì)量分布則服從Flory幾率分布，相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬。

軟段的分子量對(duì)聚氨酯的力學(xué)性能有影響，一般來(lái)說(shuō)，假定聚氨酯分子量相同，其軟段若為聚酯，則聚氨酯的強(qiáng)度隨作聚酯二醇分子量的增加而提高；若軟段為聚醚，則聚氨酯的強(qiáng)度隨聚醚二醇分子量的增加而下降，不過(guò)伸長(zhǎng)率卻上升。這是因?yàn)榫埘バ蛙浂伪旧順O性就較強(qiáng)，分子量大則結(jié)構(gòu)規(guī)整性高，對(duì)改善強(qiáng)度有利，而聚醚軟段則極性較弱，若分子量增大，則聚氨酯中硬段的相對(duì)含量就減小，強(qiáng)度下降。

3、力學(xué)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。極性強(qiáng)的聚酯作軟段得到的聚氨酯彈性體及泡沫的力學(xué)性能較好。因?yàn)?，聚酯制成的聚氨酯含極性大的酯基，這種聚氨酯內(nèi)部不僅硬段間能夠形成氫鍵，而且軟段上的極性基團(tuán)也能部分地與硬段上的極性基團(tuán)形成氫鍵，使硬相能更均勻地分布于軟相中，起到彈性交聯(lián)點(diǎn)的作用。在室溫下某些聚酯可形成軟段結(jié)晶，影響聚氨酯的性能。聚酯型聚氨酯的強(qiáng)度、耐油性、熱氧化穩(wěn)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(wěn)定性比較：

聚酯型熱塑性聚氨酯用碳化二亞胺進(jìn)行保護(hù)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最好。

聚酯易受水分子的侵襲而發(fā)生斷裂，且水解生成的酸又能催化聚酯的進(jìn)一步水解。聚酯種類對(duì)彈性體的物理性能及耐水性能有一定的影響。隨聚酯二醇原料中亞甲基數(shù)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(zhǎng)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(zhì)熱塑性聚氨酯與潮濕的土壤長(zhǎng)時(shí)間接觸，會(huì)被微生物侵蝕，而聚醚型軟質(zhì)或硬質(zhì)熱塑性聚氨酯以及聚醚型熱塑性聚氨酯或硬質(zhì)熱塑性聚氨酯通常不會(huì)受到微生物侵蝕。

（二）產(chǎn)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(gòu)上含有醚鍵、端基帶有羥基的醇類聚合物或齊聚物。因其結(jié)構(gòu)中的醚鍵內(nèi)聚能較低，并易于旋轉(zhuǎn)，故由它制備的聚氨酯材料低溫柔順性能好，耐水解性能優(yōu)良，雖然機(jī)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(yōu)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(jìn)行縮聚反應(yīng)生成的產(chǎn)物，其結(jié)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(chǔ)的聚氨酯材料，通常都具有力學(xué)機(jī)械性能好，耐油、抗磨性能優(yōu)越等特點(diǎn)，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(shí)的手感不如聚醚多元醇基聚氨酯柔軟。聚酯多元醇的內(nèi)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(yuǎn)不如聚醚多元醇好。

3、柔性鏈段

在原料化學(xué)配比一定的情況下，改變?nèi)嵝枣湺蔚拈L(zhǎng)度，對(duì)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(nèi)聚能較低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘較小，隨著聚醚相對(duì)分子質(zhì)量的增加，鏈更柔順，軟段比例增加，故強(qiáng)度下降，彈性增加，永久變形增加。而對(duì)于聚酯二醇來(lái)說(shuō)，軟段長(zhǎng)度對(duì)強(qiáng)度的影響并不很明顯。這是因?yàn)榉肿又写嬖跇O性酯基，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(duì)強(qiáng)度的負(fù)面影響。另外，聚酯型聚氨酯的耐水解性能隨聚酯鏈段長(zhǎng)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(zhǎng)度的增加而提高。五、價(jià)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(jià)格方面要高出很多，其主要原因?yàn)?/span>:

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(gòu)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(chǎn)原料價(jià)格較高。

③聚醚類多元醇生產(chǎn)工藝照比聚酯類多元醇要復(fù)雜很多。

④聚醚類多元醇在反應(yīng)過(guò)程中各工藝條件較難控制。

⑤在生產(chǎn)聚醚類多元醇時(shí)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求較高，同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中還要注意采取一定的防護(hù)措施。

結(jié)論：

綜上所述，聚醚型TPU具有高強(qiáng)度、耐水解和高回彈性，低溫性能好的優(yōu)點(diǎn)。通常用于軟泡、硬泡，硬質(zhì)塑料和表面涂料、高回彈軟質(zhì)泡沫的加工生產(chǎn)。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(yōu)點(diǎn)。主要用于軟泡、硬泡、低密度半硬泡、軟質(zhì)涂料、彈性體和膠粘劑、實(shí)芯和微孔彈性體的生產(chǎn)。

聚醚型TPU與聚酯型TPU產(chǎn)生差異的主要原因是由于其軟段構(gòu)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(zhǎng)期耐老化性。

就目前看來(lái)，我們Ever Tech在原料選用上聚酯類TPU使用較多，而對(duì)于聚醚類TPU很大部分還停留在樣品料測(cè)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、抗撕裂性以及拉伸和撕裂強(qiáng)度都優(yōu)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(yōu)勢(shì)，因此在對(duì)上述性能要求較高時(shí)，推薦使用聚醚型熱塑性聚氨酯。

（三）加工過(guò)程的差異性比較

1、干燥

正如我們所知道的那樣，聚氨酯是極性聚合物，當(dāng)其暴露在空氣中時(shí)會(huì)慢慢吸濕。用吸濕的TPU料粒熔融加工成型，水在加工溫度下氣化，使得制品表面不光滑，內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，物性降低，因此為了保證制品的性能和防止熔融加工時(shí)水分氣化引起的氣泡，在TPU加工之前，一般需要對(duì)料粒進(jìn)行干燥處理。

我們?cè)谇懊?/span>TPU酯類與醚類水解穩(wěn)定性比較的時(shí)候也已作過(guò)分析，由于聚酯易受水分子的侵襲而發(fā)生斷裂，且水解生成的酸又能催化聚酯的進(jìn)一步水解，通常情況下，在同等條件時(shí)，聚酯類TPU比聚醚類TPU的含水量要高出很多，因此在干燥過(guò)程中要對(duì)聚酯類TPU尤為注意，要注意將其徹底烘干，嚴(yán)格對(duì)烘干條件進(jìn)行控制。

2、保壓階段

聚合物熔體在注塑時(shí)，無(wú)論是預(yù)塑階段還是注射階段，熔體都要經(jīng)受內(nèi)部靜壓力和外部動(dòng)壓力的聯(lián)合作用。保壓階段，聚合物熔體將受到高壓作用，在此壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮，由于分子鏈間自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子間作用力加強(qiáng)即表現(xiàn)粘度提高，另外，由于聚醚類TPU其醚鍵內(nèi)聚能較低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘較小，從而導(dǎo)致增強(qiáng)分子鏈的緊密鏈段間的作用較小，所以在壓縮時(shí)，分子鏈相對(duì)位移較大，于是粘度表現(xiàn)了能在較大的范圍內(nèi)變化。另外，由于聚醚類TPU其分子鏈較聚酯類TPU而言要柔順許多，故其永久性形變較難形成，因此在對(duì)聚醚類TPU加工過(guò)程中進(jìn)行保壓時(shí)，與聚酯類TPU相較而言，聚醚類TPU要控制較長(zhǎng)的保壓時(shí)間。

3、加工時(shí)間

由于在一般情況下，分子量增加使分子鏈段加長(zhǎng)，分子鏈重心移動(dòng)越慢，鏈段間的相對(duì)位移抵消機(jī)會(huì)越多，分子長(zhǎng)鏈的柔性加大，纏結(jié)點(diǎn)增多，鏈的解脫和滑移困難，使流動(dòng)過(guò)程阻力增大，需要的時(shí)間和能量也增加，表現(xiàn)出粘度對(duì)剪切的敏感性。而通常情況下聚酯類TPU照比聚醚類TPU的分子質(zhì)量要大，故其加工成型所需時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng)。

4、加工溫度

由于通常情況下聚酯類TPU照比聚醚類TPU的分子質(zhì)量分布較寬，故其加工過(guò)程中所需溫度較高。由于聚醚類TPU的氮氧鍵較易斷裂，因此需要相對(duì)較低的溫度便可實(shí)現(xiàn)對(duì)其的加工。

5、壓力

由于聚酯類TPU其分子內(nèi)聚能較大，其分子結(jié)構(gòu)中的氮氧鍵亦較難斷裂，故對(duì)其加工即破壞其分子鍵亦需要較高溫度及壓力。

6、冷卻

由于聚酯類TPU內(nèi)磨擦較大，分子內(nèi)聚能較大，故使其冷卻即使其恢復(fù)正常狀態(tài)較困難，因此需要較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間。

7、流動(dòng)性

由于聚醚類TPU醚鍵內(nèi)聚能較低，鍵的旋轉(zhuǎn)位壘較小，隨著聚醚相對(duì)分子質(zhì)量的增加，鏈更柔順，其分子鏈具有高度的柔順性，故表現(xiàn)出很好的流動(dòng)性，而聚酯類TPU則稍遜。

（四）各種共混后加工現(xiàn)象的分析

兩種或多種聚合物能否共混及其共混后共混體系的性能與許多因素有關(guān)，最重要的因素是各種聚合物之間的兼容性。而其共混體系的兼容性又與它們各自的溶度參數(shù)、極性、表面張力、結(jié)晶能力、粘度等諸因素有關(guān)。現(xiàn)對(duì)此展開(kāi)以下各項(xiàng)分析：

1、酯類與醚類的共混

由于聚醚類TPU內(nèi)的醚基與聚酯類TPU內(nèi)的酯基的極性不同，以及分子結(jié)構(gòu)存在差異，而導(dǎo)致醚基一般在酯基樹(shù)脂中的兼容性差，所以將兩者混合起來(lái)就會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，另外還與醚鍵的分子間作用力有較密切的關(guān)系，此外，聚酯的結(jié)晶性一般比聚醚的結(jié)晶性強(qiáng)很多，故其兼容性亦較差。但并不是所有的醚類都這樣，因?yàn)?/span>PTMG（聚四氫呋喃）的結(jié)晶性和聚酯的結(jié)晶性差不多，因此用PTMG合成的聚醚類TPU與聚酯類TPU的兼容性就稍好一些，在合成過(guò)程中是可以進(jìn)行合成的，只不過(guò)其加工后的各項(xiàng)物理性能還是會(huì)大大下降，得不償失，故亦沒(méi)有必要進(jìn)行該項(xiàng)共混。由此可見(jiàn)，醚類與酯類是不能混合在一起進(jìn)行加工的，這是由于二者的分子結(jié)構(gòu)差異、分子內(nèi)聚能差異、分子間作用力差異、結(jié)晶性差異及其二者分子的不兼容性所決定的,當(dāng)將其二者進(jìn)行共混加工時(shí),在試件表面將會(huì)出現(xiàn)明顯的紋路，會(huì)有混濁現(xiàn)象產(chǎn)生。即便是可以勉強(qiáng)混合在一起進(jìn)行加工，加工后的成品各種物理性能也還是會(huì)大大下降，尤其是不能用于加工特別透明的配件，在大批量的生產(chǎn)中亦會(huì)有很大難度，在生產(chǎn)過(guò)程中亦要尤其注意切勿將二者誤混。

2、聚醚類TPU與PEBAX的共混

因?yàn)?/span>PEBAX本身即為聚醚與聚酰胺的嵌段共聚物，對(duì)于醚類基團(tuán)所具備的各項(xiàng)物理及化學(xué)性質(zhì)亦具有一定的兼容性，這是由于PEBAX內(nèi)的醚類基團(tuán)在起作用。因此與TPU-Ether亦具有較好的兼容性，將其二者進(jìn)行共混加工亦是可以進(jìn)行的，并且在PEBAX中加入適量的TPU，還可改善其在低溫及室溫下的韌性。

3、酯類與PEBAX的共混

前面我們也有提到過(guò)了，PEBAX本身即為聚醚與聚酰胺的嵌段共聚物，同時(shí)亦由于醚基與酯基的不兼容性等種種原因而決定了含有醚基的PEBAX與含有酯基的TPU-Ester不兼容，致使其二者不能進(jìn)行共混加工，共混后將導(dǎo)致表觀效果不好以及物理性能下降等現(xiàn)象。

4、TPU與PVC的共混

PVC與TPU-Ester的共混比與TPU-Ether共混效果要好一些。

用聚氯乙烯（PVC）改性TPU，可降低TPU成本，改進(jìn)TPU的加工性能，改善材料耐候性，提高TPU的阻燃性、改善TPU的耐熱性能以及其它性能；用TPU改性PVC可改善后者的耐磨性、抗沖擊性能、耐油和耐化學(xué)品性能、低溫性能及粘附性能。

5、TPU與其它聚合物的共混體系

可與TPU共混或共聚的聚合物除了POM、ABS、PVC、PC以外，還有聚苯乙烯（PS）、聚丙烯酸酯、聚酯樹(shù)脂、SBS、EVA、PP、CEP、聚酰胺等。