熱塑性聚氨酯

熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane, TPU)是具有彈性透明、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英語thermoplastic elastomer,包括由硬鏈段及軟鏈段所組成的線性鏈段共聚物

化學

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),分別是由異氰酸酯和短鏈二元醇的產物(所謂的擴鏈劑),以及異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。其中包括低極性,比較長的鏈段(稱為軟鏈段),以及高極性,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,因此可以用擠塑成型注射製模壓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,包括汽車儀錶板、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

  1. ^ Olagoke Olabisi; Lloyd M. Robeson; Montgomery T. Shaw. Polymer-Polymer Miscibility. Amsterdam: Burlington Elsevier Science. 2012. ISBN 978-0-12-525050-4. [頁碼請求]
  2. ^ Texin® thermoplastic polyurethane (TPU) resin. Bayer Material Science. [2012-02-26]. (原始內容存檔於2011-07-26). 
  3. ^ Thermoplastic Polyurethane. American Chemical Council. [2012-02-26]. (原始內容存檔於2021-05-19). 
  4. ^ Michael, John. TPU Cases. Cellz. [13 November 2014]. (原始內容存檔於2014-11-13). 
  5. ^ http://pub.lubrizol.com/Engineered-Polymers/Markets/Industrial-Solutions [失效連結]