熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane, TPU)是具有弹性、透明、抗油、抗脂、耐磨等特性的聚氨酯塑料。這類塑料是熱塑性彈性體,包括由硬鏈段及軟鏈段所組成的線性鏈段共聚物。
化學
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熱塑性聚氨酯是由硬鏈段和軟鏈段交替出現而組成的嵌段共聚物(block copolymer),分別是由异氰酸酯和短鏈二元醇的產物(所謂的擴鏈劑),以及异氰酸酯和長鏈二元醇的產物。調整反應化合物的比例、結構及分子量,可以產生許多不同的TPU。這可以讓化學家調整聚合物的結構,以達到理想的材質。
形態學
熱塑性聚氨酯中包括嵌段結構的線性聚合鏈。其中包括低极性,比較長的鏈段(稱為軟鏈段),以及高极性,比較短的鏈段(稱為硬鏈段)。二種鏈段靠共價鍵連結,因此稱為嵌段共聚物。軟鏈段和硬鏈段的混溶性視其玻璃轉化溫度(Tg)差異而定[1],這出現在發生微布朗鏈段運動的時候,可以用動態力學譜識別。針對不混溶的TPU,損耗模量譜會出現二個峰值,每一個對應一個成分的玻璃轉化溫度。若二個成分可以混溶,就只會出現一個峰值,位在二個成份玻璃轉化溫度之間。
硬鏈段的極性造成彼此之間很強的吸引力,讓這個相產生高度的聚合及次序,在軟且可撓的基質中形成結晶或是偽結晶的區域。各區塊之間的相隔離(phase separation)可能重要,也可能不重要,視可撓鏈的極性及分子量,製造條件而定。結晶區或是偽結晶區的作用類似實體的交叉鏈接,會影響熱塑性聚氨酯的彈性,而可撓鏈會影響其伸長的特性。
不過,這些「偽交叉鏈接」在受熱後就會消失,因此可以用挤塑成型、注射製模、压延成型等加工方式對熱塑性聚氨酯加工。熱塑性聚氨酯的廢料也可以再加工利用。
用途
熱塑性聚氨酯的用途很多,包括汽車儀表板、腳輪、電動工具、體育用品、醫療設備、傳動皮帶、鞋子、充氣筏、消防水管,以及擠出的薄膜、片材以及形材[2][3]。熱塑性聚氨酯也是一些裝置(像是手機)的可撓外殼中常見的材質[4]。
熱塑性聚氨酯常用在電線和電纜的護套、軟管和管材,粘合劑以和紡織塗層,也用來做其他聚合物的抗衝改質劑[5]。熱塑性聚氨酯也用在高性能的薄膜上,例如耐衝擊的夾層玻璃結構。
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參考資料
- Olagoke Olabisi; Lloyd M. Robeson; Montgomery T. Shaw. Polymer-Polymer Miscibility. Amsterdam: Burlington Elsevier Science. 2012. ISBN 978-0-12-525050-4.[页码请求]
- Texin® thermoplastic polyurethane (TPU) resin. Bayer Material Science. [2012-02-26]. (原始内容存档于2011-07-26).
- Thermoplastic Polyurethane. American Chemical Council. [2012-02-26]. (原始内容存档于2021-05-19).
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