摘要：聚氨酯熱塑性彈性體是近年來需求增速最快的熱塑性彈性體材料，本文介紹了聚氨酯熱塑性彈性體的分子結(jié)構(gòu)、性能，分析了聚氨酯熱塑性彈性體的市場前景。

熱塑性彈性體(TPE)已經(jīng)廣泛替代部分塑料和傳統(tǒng)橡膠，極具發(fā)展前景，擁有十幾個品種，其中以聚氨酯熱塑性彈性體(TPU)發(fā)展最為快速。

聚氨酯材料簡介

聚氨酯，簡稱PU，是以異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物為原料，加聚后制得的主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的一類大分子聚合物，聚氨酯大分子中除了氨基酸酯外，還可含有醚、酯、脲、縮二脲、脲基甲酸酯等基團(tuán)。

聚氨酯被稱為“第五大塑料”，是一種新型有機(jī)高分子材料，與傳統(tǒng)的橡膠、塑料和金屬材料相比，聚氨酯產(chǎn)品具有明顯的性能優(yōu)勢(見表1)，卓越的性能使其在眾多國民領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括化工、紡織、輕工、電子、建筑、建材、航空、航天、國防、汽車、醫(yī)療等，已經(jīng)成為傳統(tǒng)材料的理想替代品。

表1 聚氨酯材料與其他材料性能對比

(資料來源：中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究網(wǎng))

通過改變聚氨酯的配方和原料的種類、規(guī)格指標(biāo)、化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以得到不同物理性質(zhì)的聚氨酯產(chǎn)品。聚氨酯制品種類繁多，包括聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯彈性體、聚氨酯涂料、聚氨酯密封劑、聚氨酯粘合劑、聚氨酯纖維、革用聚氨酯等。

TPU性能全面，應(yīng)用范圍廣

熱塑性彈性體是指常溫下具有橡膠的高彈性，高溫下具有可塑化成型的一類彈性體。熱塑性彈性體由化學(xué)鍵組成不同的橡膠段和樹脂段，橡膠段(軟段)是高彈性鏈段，貢獻(xiàn)彈性;樹脂段(硬段)憑借鏈間作用力形成物理交聯(lián)點(diǎn)，物理交聯(lián)隨溫度的變化呈現(xiàn)可逆變化，顯示塑料加工特性。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予其硫化橡膠的物理機(jī)械性能和熱塑性塑料的工藝加工性能，是介于橡膠和樹脂間的一種新型高分子材料，被稱為“第三代橡膠”。

TPU是熱塑性彈性體材料的一個分支，是典型的多嵌段共聚物，是由甲苯二異氰酸酯(TDI)或二苯甲烷二異氰酸酯二異氰酸酯(MDI)和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)得到的剛性嵌段(硬段)，以及TDI或MDI等二異氰酸酯分子和大分子多元醇反應(yīng)得到的柔性鏈段(軟段)交替構(gòu)成的。剛性鏈段主要影響TPU的機(jī)械性能、耐熱性和硬度等;柔性鏈段影響TPU的耐低溫性、彈性等，剛性鏈段和柔性鏈段的嵌段結(jié)構(gòu)使TPU具備多種優(yōu)良的性能,與通用的橡膠和塑料材料相比，TPU具有良好的機(jī)械性能、耐高溫和耐低溫性能、可塑性、透明性能，且硬度范圍廣、可設(shè)計性強(qiáng)，環(huán)保性能優(yōu)越，既具備工程塑料的高強(qiáng)度，也具有橡膠材料的高彈性。

由于TPU具有熱塑性，高溫下分子鏈會軟化并流動，冷卻后即恢復(fù)原來的排列狀態(tài)，因此TPU可以被加工成各種形態(tài)的制品。根據(jù)產(chǎn)品類型、性能的差異，TPU的用途也有所不同，具體見表2。

表2 聚氨酯熱塑性彈性體的應(yīng)用

(資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院)

TPU近年來需求增速最快，市場前景廣闊

TPU的發(fā)展給傳統(tǒng)的塑料材料尤其是PVC(聚氯乙烯)帶來很大沖擊，PVC在生產(chǎn)過程釋放劇毒的二噁英，PVC產(chǎn)品本身有致癌作用且回收利用較為困難，對人類健康和環(huán)境都有害。與PVC相比，TPU性能優(yōu)異，是一種環(huán)保綠色的新型高性能彈性材料，目前TPU在任何PVC的應(yīng)用領(lǐng)域均能成為其替代品，應(yīng)用市場從傳統(tǒng)的鞋類開始拓展到醫(yī)藥、航空、環(huán)保等前景較好的行業(yè)，TPU已成為近幾年需求增長最快的熱塑性彈性體材料。全球?qū)PU的需求日益增長，年均復(fù)合增長率約為10%，全球市場容量可達(dá)70萬噸。近年來，我國TPU的消費(fèi)量總體上也保持逐年增長趨勢(見圖1 )，預(yù)計到2022年我國TPU消費(fèi)量將達(dá)到64萬噸。

圖1 2005-2022年我國TPU市場消費(fèi)量及預(yù)測(單位：噸)

(資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院)

結(jié)語

TPU分子結(jié)構(gòu)存在一定的物理交聯(lián)，是介于塑料和橡膠之間的一類環(huán)保型高性能彈性材料;TPU具備多種優(yōu)異性能，應(yīng)用范圍廣泛，具有環(huán)保優(yōu)勢，在任何領(lǐng)域均能替代傳統(tǒng)的PVC材料;近年來TPU的需求增長迅速，市場前景廣闊。