聚氨酯彈性體發展前景大好 產品開發新趨勢先睹為快！

《全球涂料網訊》

聚氨酯彈性體既有橡膠的高彈性，又有塑料的高硬度和高強度，其耐磨性卓越，具有優異的耐油、耐化學藥品、耐屈撓、耐低溫性能。聚氨酯彈性體是制造綠色輪胎和輪胎綠色制造的理想材料。廢舊輪胎可回收用作其他聚氨酯產品，不會造成環境污染。
 
產品開發新趨勢
 
聚氨酯熱塑性彈性體又稱熱塑性聚氨酯橡膠，簡稱TPU，是一種（AB）型嵌段線型聚合物，A為高相對分子質量（1000-6000）的聚酯或聚醚，B為含2-12直鏈碳原子的二醇，AB鏈段間化學結構是用二異氰酸酯，通常是二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）連接。熱塑性聚氨酯橡膠靠分子間氫鍵交聯或大分子鏈間輕度交聯，隨著溫度的升高或降低，這兩種交聯結構具有可逆性。在熔融狀態或溶液狀態，分子間力減弱，而冷卻或溶劑揮發之后又由強的分子間力連接在一起，恢復原有固體的性能。聚氨酯彈性體是聚氨酯合成材料中的一個品種，由于其結構具有軟、硬兩個鏈段，可對其進行分子設計，而賦予材料高強度、韌性好、耐磨、耐油等優異性能。由于其極其優異的性能而廣泛應用于汽車、建筑、礦山開采、航空航天、電子、醫療器械、體育制品等多個領域，成為極具發展前景的合成材料制品。
 
全球熱塑性彈性體（TPE）的年消費量達226萬t。為了更好地把握此龐大商機并配合市場需求，國際橡塑材料制造商紛紛積極開發各種新型熱塑性彈性體產品。熱塑性彈性體產品的應用領域廣泛，而又以汽車和醫療市場的需求增長最為顯著。
 
主要性能特點
 
聚氨酯彈性體是典型的多嵌段共聚物，分子鏈由玻璃化溫度低于室溫的柔性鏈段和玻璃化溫度高于室溫的剛性鏈段嵌段而成。其中，低聚物多元醇構成柔性鏈段，二異氰酸酯和小分子擴鏈劑構成剛性鏈段。柔性鏈段和剛性鏈段的嵌段結構決定了其性能的特殊性：
 
（1）普通的橡膠硬度范圍一般在紹爾A20-A90，塑料的硬度范圍約為紹爾A95-紹爾D100；

（2）較高的強度和彈性，在較寬的硬度范圍內仍然可以保持較高的強度和彈性；

（3）優異的耐磨性，是天然橡膠的2-10倍；

（4）耐水、油脂及耐化學品性優良；

（5）抗沖擊性高、耐疲勞性及抗震動性高，適于高頻撓屈應用；

（6）耐低溫性能好，低溫脆性約在-30℃或-70℃以下；

（7）具有優良的保溫性能，由于導熱系數較低，與橡膠和塑料相比，保溫效果較好；

（8）良好的生物相容性和抗凝血性能；

（9）優異的電絕緣性、耐霉菌性能和紫外線穩定性。

聚氨酯彈性體既可跟普通橡膠一樣采用塑煉、混煉、硫化工藝成型，也可以液體橡膠的形式進行澆注模壓、澆注離心成型或者噴涂，還可制成顆粒材料，用注射、擠出、壓延、吹塑等工藝成型。這樣，不僅提高了工作效率，還使產品的尺寸精度和外觀都得到很大程度的改善，利用澆注機澆注也避免了手工澆注可能造成的隱性缺陷，大大提高了產品的使用壽命。
 
聚氨酯彈性體并非十全十美，它的主要缺點是：

（1）內生熱大，耐高溫性能一般。正常使用溫度范圍是-40-120℃。若需在高頻振蕩條件或高溫條件下長期作用，則必須在結構設計或配方上采取相應改性措施。

（2）不耐強極性溶劑和強酸、堿介質。在一定溫度下，醇、酸、酮會使聚氨酯彈性體溶脹和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶劑在常溫下就會使聚氨酯彈性體溶脹。
 
常見功能與應用領域
 
由于聚氨酯彈性體的功能獨特，作為一種具有優異性能的聚氨酯彈性體高分子材料，現已在人們的日常生活、工農業生產等眾多領域中廣泛應用。

（1）澆注型聚氨酯彈性體（PU）是一種介于橡膠與塑料之間的一種新型材料，在實際應用中，多作為橡膠制品的更新換代產品。由于有卓越的耐磨性（彈性體中最好），高強度（是普通橡膠的3-5倍），高伸長率（500%-1500%），高彈性（負載支撐容量大，減震效果好），硬度范圍寬（邵氏A20-邵氏D70）；并且還具有耐油，耐酸、堿，耐射線輻射等優異性能，還具有杰出的耐磨性能，因此在磨損問題嚴重的場合有很多重要用途，特別是在采礦、石油、天然氣工業。澆注型聚氨酯彈性體適用領域有：實心輪胎；印刷、輸送膠輥；壓型膠輥；油封、墊圈球節、襯套軸承；○型圈；撐墊；鞋底、后根、包頭；襯里；齒輪等。不同應用領域，選擇的彈性體的硬度范圍不同。在礦山、冶金等行業的應用有篩板、搖床等；在機械工業方面的應用有膠輥、膠帶、密封件等；在汽車工業方面的應用有輪胎、密封圈等；在輕工業方面的應用有聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纖維；在建筑工業方面的應用有防水材、鋪裝材、灌封材等。
 
（2）聚氨酯泡沫材料是目前所有的墻體保溫材料中保溫性能最好的隔熱產品，也是世界上最具前瞻性的保溫材料，具有質量輕、保溫、防潮、隔音、耐熱、防震、耐腐蝕、容易與其他材料粘結、燃燒不產生熔滴等優異性能。廣泛用于建筑物的屋頂、墻體、天花板、地板、門窗等，作為保溫隔熱材料。聚氨酯硬泡在我國主要應用在供熱、制冷、石油、化工、汽車、交通運輸等行業，用在建筑墻體保溫的份額還不足10%。
 
（3）聚氨酯彈性體與金屬骨架粘接牢固，承載能力大、耐磨、耐油�？捎糜谥圃煸诟鞣N傳動機構中廣泛使用的膠輪，如；生產線傳送帶用托輪、導輪，纜車的滑輪等。體育娛樂方面，高檔溜冰鞋旱冰輪及滑板車的輪子都采用聚氨酯制造。聚氨酯膠輪還具有耐油、韌性好、附著力強等特點，在礦用單軌吊車、齒軌車及清洗車等車輛上使用效果十分明顯。聚氨酯還用于很小的電子和精密儀器傳動輪、各種萬向輪等。采用PU彈性體內襯模具可降低生產成本，在瓷磚及陶瓷生產線上使用，可提高生產效率和成品率。采用氨酯模具可復制各種花紋，生產裝飾性砌塊。五金模具沖壓生產中采用聚氨酯彈性體棒、管及板墊代替金屬彈簧作緩沖構件，彈性高、柔韌性、原縮變形強度高，不損壞模具。
 
煤礦、金屬及非金屬礦山對高耐磨、高強度而又富有彈性的非金屬材料需求量很大。用于礦山的聚氨酯彈性體制品有篩板、彈性體襯里、運輸帶等。其它如用于制作固體分離的旋流器、阻燃抗靜電的耐磨運輸帶、礦用單軌吊車的實芯輪、煤礦噴漿機用結合板、萬噸級電動輪自卸車上的油密封圈、高壓電纜護套的冷補膠等。
 
聚氨酯熱塑性彈性體
 
熱塑性彈性體簡稱TPE/TPR，以SEBS、SBS為基材，是一類具有通用塑料加工性能，而制品有著類似交聯橡膠性能的高分子合金材料。在多材料模塑中，熱塑性彈性體有4個基本的類型，即苯乙烯嵌段共聚物（SBC）、熱塑性硫化膠（TPV）、熱塑性聚氨酯（TPU）和共聚多酯（COPE）。熱塑性聚氨酯彈性體像澆注型聚氨酯（液體）和混煉型聚氨酯（固體）一樣，具有高模量、高強度、高伸長率和高彈性以及優良的耐磨、耐油、耐低溫、耐老化性能等。
 
TPU可按不同方法進行分類。按軟段結構可分為聚酯型TPU、聚醚型TPU和聚丁二烯型TPU，它們分別含有酯基、醚基或丁烯基；按所用的異氰酸酯結構可分為黃變型（MDI、TODI、NDI、PPDI等）和不黃變型（HDI、H12MDI等），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二胺擴鏈獲得。按有無交聯可分為全熱塑性和半熱塑性。前者是純線性結構，無交聯鍵；后者含有少量脲基甲酸酯等交聯鍵。
 
聚氨酯類熱塑性彈性體主鏈上含有較多氨基甲酸酯（—NH—C—O—）結構單元的高聚物通稱為聚氨基甲酸酯（簡稱為聚氨酯）。熱塑性聚氨酯彈性體是聚氨酯橡膠的一類，其大分子鏈的結構是由極性聚氨酯或聚脲鏈段（硬段）和脂肪族聚酯或聚醚鏈段（軟段）交替構成。分子間的氫鍵交聯和大分子鏈間的輕度交聯使得這種高分子材料具有可塑性。隨著溫度的變化這種交聯結構具有可塑性。熱塑性聚氨酯彈性體有聚酯型和聚醚型兩類，硬度高、耐磨性好、彈性好是這類彈性體最突出的性能。此外，拉伸強度、撕裂強度、耐化學品性能和耐環境性能也很出色，一些物料機械性能均隨硬度的增加而增大。熱塑性聚氨酯彈性體的相對密度一般為1.10-1.25，邵氏硬度為65A-80D。聚醚型聚氨酯的耐低溫性優于聚酯型聚氨酯。
 
熱塑性聚氨酯彈性體是第一個能夠運用熱塑性工藝加工的彈性體。聚氨酯橡膠具有良好的耐磨性，添加劑可以提高其耐候性、尺寸穩定性和耐熱性，減少摩擦或增加阻燃性，它們在各硬度等級產品中具有很廣泛的應用，涉及汽車密封件和墊圈，穩定桿套，醫用導管、起博器和人造心臟裝置、手機天線齒輪、滑輪、鏈輪、滑槽襯里、紡織機械部件、腳輪、墊圈、隔膜、聯軸器和減振部件。
 
聚氨酯彈性體應用前及發展趨勢
 
聚氨酯橡膠彈性體全球消費量逐年快速上升，國外權威機構預測未來幾年內全球將保持7%-8%的速度增長，其中汽車業和制鞋業是聚氨酯彈性體主要消費市場，也是消費增長最快的兩大領域。國際上聚氨酯彈性體主要生產廠家為：美國固特里奇公司、Mobay公司、陶氏化學、亨斯曼公司，德國拜耳公司，日本的旭硝子公司、協和發酵、NOK公司等。其中，拜耳公司和亨斯曼公司以制鞋料為主，而陶氏化學、旭硝子公司、NOK和協和發酵則以汽車機械部件為主。目前這些主要生產公司不斷推出新品種向周圍領域擴張。
 
國內市場對聚氨酯的需求逐年增加，但是一些關鍵原料還主要依靠進口，制約了聚氨酯工業的發展。我國應加速關鍵原材料生產的國產化，生產出性能優良、價格低廉的原材料。聚氨酯彈性體材料的合金化研究也成為近年來高分子材料研究的一個熱門話題。聚氨酯彈性體可與PVC、PE、ABS等多種合成樹脂進行復合，以降低成本和提高性能。聚氨酯彈性體也可以通過添加一些有機填料進行改性，來突出或加強某些方面的性能，或者克服聚氨酯彈性體的一些缺點來滿足特殊需要。隨著對聚氨酯彈性體制品要求的提高和人們環保意識的加強，開發新型的脂肪族的多異氰酸酯也成為一個迫切的研究課題。技術人員利用生物資源的天然結構及特性，生產像木材那樣能被微生物分解的聚氨酯彈性體制品。目前，日本的一些公司將木粉、蔗糖及廢棄的咖啡等天然原料混合于聚合物多元醇中制備聚氨酯彈性體，既能減少多元醇的用量，降低生產成本，又賦予制品生物分解性，國外已有一定數量商品問世。
 
近年來，液晶聚氨酯彈性體研究比較活躍，主要集中在原料的選擇、工藝路線的優化和物性改善等方面。液晶聚氨酯由剛性致介基因和柔性間隔基團連接而成，是一種在熔體狀態下具有液晶性能的聚氨酯彈性體。該材料具有良好的機械、熱穩定、高彈性、高延伸性能和加工性能。液晶聚氨酯彈性體的合成可以采取一步或兩步聚合的方法，加工成型工藝多樣，擠出、注射、模塑和涂覆均可。合成材料共混改性成為目前高分子化合物研究與發展重點之一，聚氨酯彈性體可以與PVC、PV、PE、ABS等多種合成樹脂進行共混改性，以降低生產成本和提高物理和加工性能。
 
環境保護是崛起中的聚氨酯工業面臨的又一重大問題。隨著聚氨酯材料在國民經濟中的用途越來越廣，用量越來越大，其廢棄物的回收再利用也日益受到人們的重視。廢舊聚氨酯主要包括生產廠的邊角廢料、模具溢出料、報廢汽車、冰箱中的聚氨酯泡沫及彈性體廢舊鞋底和廢舊PU革、氨綸舊衣物等。當前聚氨酯的回收利用主要有三種方法：物理法、化學法、能源法。對廢舊聚氨酯制品的回收利用，歐盟率先出臺了電器產品廢舊塑料回收的法律、法規原則：誰生產、誰回收。我國也應該加快聚氨酯制品尤其是泡沫制品的回收利用。
 
結束語
 
聚氨酯彈性體作為一種新型的材料已逐漸應用到了各行各業中，發揮的作用也愈來愈大，隨著建筑業的發展、人們對環境保護意識的逐漸提高、聚氨酯彈性體新技術的不斷出現，聚氨酯彈性體在建筑業中應用會愈來愈廣泛。