田亮
淄博华天橡塑科技有限公司 山东省 255000
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，热塑性聚氨酯(TPU)弹性体是一类具有高拉伸强度、高撕裂强度和高耐磨性的材料，在液压气动密封领域有着广泛的应用。TPU材料虽然具有较为优异的耐磨性能，但是摩擦系数较高，在高速、高频和重载工况摩擦生热严重，聚氨酯材料随温度升高物性降低，使用寿命缩短和可靠性降低。
关键词：功能型热塑性聚氨酯弹性体；含硅热塑性聚氨酯弹性体；发展
引言
当前功能型热塑性聚氨酯弹性体（ＴＰＵ）产品的研究现状，分析总结了传统共混改性工艺的特点，指出其加工工艺复杂、物性衰减、透明性及底色丧失、填料添加量受限、有渗粉／油风险、功能性指标受限且很难长期保持等缺点。同时从ＴＰＵ分子结构及合成工艺上探究了功能型ＴＰＵ发展新趋势，并与传统共混改性工艺的ＴＰＵ合金进行对比，总结了通过使用特种原料／高活性添加剂一步法合成功能（复合）型ＴＰＵ产品简洁高效、保持／提升机械性能、保持透明性、无析出风险、功能性指标长期保持并且不受添加量局限的优势，并对由此衍生出来的新型功能型ＴＰＵ产品如含硅热塑性聚氨酯弹性体（ＴＰＳｉＵ）、透明型阻燃ＴＰＵ等进行了展望。
1ＴＰＵ研究现状
功能型ＴＰＵ又称为ＴＰＵ改性产品／ＴＰＵ合金。传统的功能型ＴＰＵ与改性塑料类似，一般是通过单／双螺杆挤出机，将具有功能性的填料（如阻燃剂、耐磨助剂、哑光助剂、抗静电助剂、色母／粉／浆等）均匀的分散在ＴＰＵ熔体中，然后进行造粒得到ＴＰＵ合金。如应用在电动车充电桩线缆方面的阻燃型ＴＰＵ，使用５０％～８０％的ＴＰＵ作为基料，采用双螺杆共混的工艺，添加质量分数为１０％～２８％不等的阻燃剂、质量分数为１％～１５％不等的相容剂、质量分数为０．１％～１．５％的抗滴落剂和其他辅助助剂，制得阻燃等级（ＵＬ９４）Ｖ０级的阻燃型ＴＰＵ。使用间苯二酚双［二（２，６－二甲基苯基）磷酸酯］／三聚氰胺氰尿酸盐（ＲＤＸ／ＭＣＡ）作为主体阻燃剂，采用共混工艺添加到ＴＰＵ中，制得无卤阻燃ＴＰＵ合金。测试结果发现，阻燃剂添加质量分数为１５％［ｍ（ＲＤＸ）∶ｍ（ＭＣＡ）＝１∶１］时，极限氧指数（ＬＯＩ）达到２８．１％，阻燃等级达到（ＵＬ ９４）Ｖ０级，且实验室模拟加速老化后，阻燃性能无明显衰减。耐磨型ＴＰＵ方面，采用质量分数为３０％～７５％的ＴＰＵ作为基料，添加质量分数为２０％～６０％的长芳纶纤维，配合添加相容剂、耐磨剂及辅助助剂，同样采用共混改性的工艺，制得的ＴＰＵ合金具有较强的耐磨性和刚性。
2ＴＰＵ的发展趋势
2.1阻燃TPU改性
TPU具有易燃性，一旦引燃将剧烈燃烧，并伴随大量热量、有毒气体和烟雾的释放，而且燃烧过程中有严重的熔融滴落现象，极易导致二次点燃，造成更大的损失。因此很有必要对TPU进行阻燃改性研究。
提高TPU阻燃性能主要有两种途径，一种是合成反应型阻燃剂，采用阻燃元素对TPU分子链中硬段、软段进行接枝改性，制得本身具有阻燃性的TPU，但此方法工艺复杂，成本较高，应用较少；另一种是利用机械熔融共混的方法，将添加型阻燃剂与TPU基体混合均匀，制得具有良好阻燃性能的TPU复合材料，此方法工艺简单，成本较低，阻燃效果较好，在TPU阻燃领域应用广泛。目前常用的添加型阻燃剂主要包括卤素阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、协效阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、无机阻燃剂、纳米阻燃剂等。但含卤素阻燃剂的TPU材料在燃烧时会释放刺激性和腐蚀性的有害气体，污染环境且危害人身健康。随着相应环保政策出台，国家环保力度不断加大，人们环保安全意识逐渐加强，新型高效、绿色环保的无卤阻燃剂的研究也变得越来越重要。苏明等通过熔融共混将磷系阻燃剂聚磷酸铵（APP）和次磷酸铝（AHP）分别添加到聚醚型TPU（M-TPU）和聚酯型TPU（Z-TPU）中，制备了阻燃复合体系，研究了两种磷系阻燃剂分别对两种TPU阻燃性能的影响。实验表明，APP与M-TPU更匹配，阻燃效果更好；AHP与Z-TPU更匹配，阻燃效果更好；随着APP或AHP含量的增加，阻燃复合体系的极限氧指数提高；当添加APP或AHP的含量分别为10%时，M-TPU/APP10和Z-TPU/AHP10的阻燃等级都可达到V-0级。合成了一种螺环状膨胀型高相对分子量阻燃剂ISPDP，制备了不同阻燃剂添加量的阻燃热塑性聚氨酯复合体系ISPDPTPUs。
2.2抗静电型ＴＰＵ的合成
ＴＰＵ为绝缘材料，表面电荷无法扩散并且会不断积累，在一定条件下会导致放电，进而引发火灾，因此部分应用领域需要在ＴＰＵ中引入抗静电剂，从而提高其抗静电等级。根据使用方法的不同，抗静电剂可以分为表面使用型和内部添加型两种。按其结构可分为导电性填料（包括金属粉末、炭黑及碳纤维等）、表面活性剂类（包括离子型和非离子型）及高分子型。其中表面使用型抗静电剂只具备短暂的抗静电效果，随着材料表面的抗静电剂的损耗，其抗静电等级会随之下降，直至失去抗静电效果；而金属粉末、炭黑及碳纤维这类导电填料虽然能保证较长时间的抗静电效果，但无机填料的引入会降低ＴＰＵ产品本身的流动性、机械性能、耐低温、透明性等优秀的性能，所以越来越多的人把研究重点放在了高分子型抗静电剂，尤其是具备反应活性的高效能高分子抗静电剂上来。
2.3热塑性聚酯弹性体
热塑性聚酯弹性体（ＴＰＥＥ）是一类含有ＰＢＴ聚酯硬段（结晶相，提供强度）和聚醚软段（连续段）的嵌段线型共聚物。ＴＰＥＥ硬段的刚性、极性和结晶性使其具有突出的强度和较好的耐高温性、耐蠕变性、抗溶剂性及抗冲性；软段聚醚的低玻璃化温度和饱和性使其具有优良的耐低温性和抗老化性。它兼具橡胶优良的弹性和热塑性塑料的易加工性。ＴＰＥＥ最早由美国ＤｕＰｏｎｔ和日本东洋纺公司研制成功。
结语
随着助剂添加剂、原料合成技术的发展及产品种类的多样化，在合成反应初期将功能性的需求提前考虑并有针对性的选取具备特殊功能性的原材料，可以一步反应合成出新型功能（复合）型ＴＰＵ产品，以满足不同应用领域的差异化需求。
参考文献：
［1］谭捷．热塑丁苯弹性体技术进展及市场分析［Ｊ］．上海化工，2014，393：31-37．
［2］钱伯章．国内外热塑性弹性体市场与产品开发进展［Ｊ］．化工新型材料，2020，39（8）：61-75．