聚氨酯弹性体研发及应用进展（下）
山西化工研究所 宫涛 李汾 岳献云 王英
（上接本刊No47期15版）
TPU
我国TPU研究始于20世纪70年代，其后因原料选择范围小、生产及应用加工技术落后、价格高等因素，生产
量和消费量都很小。上个世纪90年代后我国TPU需求量增长迅猛，国外产品大量涌入。2000年后，国内TPU工业
出现了蓬勃发展的局面。在技术领域，通过多种方法生产改性TPU和利用TPU改性其他材料是TPU领域的主要研发
方向。
EVM是拜耳公司对VA含量超过40%的乙烯和醋酸乙烯共聚物的简称。EVM的耐高温性(175℃)、耐候性(仅次于
EPDM)、阻燃性都非常优秀，与TPU共混可开发兼具两者优势的新材料。青岛科技大学进行了这类研究，试验表明：
加入TPU后可提高材料硬度、拉伸强度、100%定伸拉力和撕裂强度。
PVC在使用中易因摩擦而积累静电，以致引起爆炸和火灾，阻碍了其在化工、煤矿等领域的应用。天津科技大
学通过在PVC体系中加入炭黑和TPU后有效的改进了材料的综合性能和抗静电性能。
TPU燃烧时火焰非常剧烈且伴有浓烈的黑烟，同时有熔滴、滴淌现象，使得TPU阻燃难度较大。我国对TPU阻
燃的研究近年刚刚开始，天津商学院等通过在TPU/CPE二元共混体系中加入膨胀型阻燃剂，在综合物性下降不大的
前提下使材料具备FV-0级阻燃性能，且阻燃剂添加量不大。
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有优异的机械性能、电性能、耐化学品腐蚀、易成型、吸湿性低，综合性能优
良。但单独使用时存在制件收缩翘曲，缺口冲击强度较低等不足。沈阳化工学院采用TPU改性PBT，研究表明：聚
醚型TPU对PBT有较好的增韧效果，共混物有明显的两相，PBT为连续相，TPU为分散相。当PBT/TPU = 100/75（质
量比）时，拉伸屈服强度可达41.7MPa，缺口冲击强度达326J/m，是纯PBT的2倍。
当前，国内有多家单位正在对TPU共混增容机理进行研究，主要研究方向集中于：调整分子链结构、改变共混
物的极性、引入反应性官能团进行化学改性、改变分子极性、加入相容剂、形成互穿网络等。对相容条件和共混方
法也正研究。亦有TPU本身作为相容剂的报道。河北大学将TPU应用于PP膨胀型阻燃剂体系中作为相容剂，由于
TPU含有氨基甲酸酯链段，该结构有利于受热成炭，提高了阻燃性能，又可以通过分子间力与膨胀型阻燃剂作用，
而TPU的软段与PP结构相似，因此TPU的加入，增强了PP与阻燃剂的作用力，改善相容性，使体系的力学性能得
到提高，同时也提高了阻燃性能。
TPU用于聚甲醛(POM)改性，可提高POM的韧性和缺口冲击强度。杜邦公司采用机械共混和接枝共聚的方法开
发的POM/TPU合金缺口冲击强度达到906 J/m，比纯POM高17倍。国内研发主要集中在部分机理和共混后性能测
试研究阶段。
清华大学以POM/TPU/CaCO3复合体系为基础，采用界面诱导技术，使TPU被诱导并包覆在CaCO3表面上，自动
地形成以CaCO3为核、以TPU为壳相包容粒子，实现了对POM树脂的有效增韧，制备方法简单，在性能上完全达到
了POM/TPU合金的水平。首次证明了利用具有包覆层的无机刚性粒子对高分子基体进行增韧时，其脆-韧转变不仅
和增韧粒子的粒间距有关，而且和粒子包覆层厚度有关。对POM树脂而言，只有体系材料的粒间距达到临界值Tc
≤0.18μm，且包覆层厚度达到临界值Lc≥0.7μm时，材料才有可能发生脆-韧转变，此时材料的冲击强度可比POM
基体树脂增大数十倍，且拉伸强度可达30MPa。
日本最近利用原位反应在环氧树脂中直接制备反应性TPU，改性试验所用多元醇为PTMEG-650、1000、2000和
3000，多异氰酸酯为MDI，环氧树脂为Epikote 828。用TPU改性环氧树脂后，改性环氧树脂可用于钢-钢粘接，其
粘合性能、弯曲性能和韧性都有明显提高。
新一代柔软TPU的市场需求量越来越多，适合于挤出、注射成型的柔软TPU的研发方兴未艾。TPU低温柔韧性
好，耐磨，加工方法多，可制成薄膜贴附在织物上，使织物具有更好的防护性、舒适感和美感，特别是由透湿性能
优异的聚氨酯制成的无孔薄膜，能使织物具有优异的防水透湿功能。北京化工大学针对普通的聚氨酯材料热粘合性
较差的问题，在TPU中加入具有良好热粘合性能的低熔点树脂，可大大提高TPU热粘合性能并能显著降低热粘合温
度。
铺装材料
聚氨酯铺装材料具有优异的物理和化学性能。国内该类产品主要有四大类：混合型、纯胶型(全塑型)、复合型、
透气颗粒型，其中聚氨酯跑道多属混合型，其基本配方为聚醚-TDI-摩卡（MOCA）重金属催化剂体系，近几年聚醚
-MDI-水固化体系应用有所增加。无论何种形式，摊铺树脂都采用双组分包装，甲组分为端NCO基聚氨酯预聚体，
乙组分为各种助剂与填料的混合物。
混合型聚氨酯塑胶跑道易游离出TDI、重金属催化剂，国际运动跑道技术协会(1ST)早在1994年就提出“不接
受使用含TDI成分的聚氨酯系统的运动跑道”的建议。近年来，国内外对其质疑的声音越来越多，促使铺装材料向
环境友好型发展， MDI体系、非重金属催化剂、水固化、无溶剂将成为主要研发方向。
深圳奥顺达公司通过在配方中降低甲组分中游离TDI含量，或使用挥发性较低、危害性较小的MDI，基本不使
用催化剂，用水作为固化剂，使用耐热性、抗寒性、耐候性较好而挥发性低的增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)
生产和铺设跑道材料。
华东理工大学等提出采用一种不溶性无机盐作为助催化剂，以一种轻金属作为主催化剂，配合高活性液化MDI，
用MOCA固化得到性能较为理想的固化物，同时考察了MDI-HL、MDI-LL、MDI-100、MDI-50等规格MDI对固化过程
的影响，以期通过MDI替代TDI，并采用轻金属作为催化剂等方法来提高环境性能。
广东实力公司用MDI基聚氨酯胶粘剂粘合废旧胶粉制备聚氨酯塑胶跑道，采用液化MDI、聚醚多元醇
GSE2029/GMN3050，使用配比为1.5/1，异氰酸酯指数为1.03，反应时间为3h，可得到较好的塑胶跑道产品，其耐
水性和耐空气老化性能优良。
兰州北方科瑞公司依据日本限定铺地用聚氨酯胶预聚体中的游离TDI质量分数为1.0%，各组分混合后的游离
TDI质量分数<0.5%的规定，制备了游离TDI质量分数<1.0%的预聚体。根据GB/T18581-2001溶剂型涂料标准限定
各组分混合后的产品中游离TDI质量分数<0.7%，并研究考察了NCO/OH值，聚醚多元醇的平均分子质量、力学性能
等，合成出了符合GB/I14833-93标准的田径跑道、球场及地坪等。
东华大学等针对双组分聚氨酯塑胶跑道料液混合后存放时间短，而混合和计量耗费工时的问题，研究开发了单
组分湿固化聚氨酯塑胶跑道面层胶，以TDI、改性MDI及PPG为主要原料，TDI与MDI摩尔比为2.5/1，反应温度
为75℃，表干时间约10h，各项性能均符合国家标准。
上海长风化工厂开发的FAE-1型复合催化剂用于聚氨酯塑胶跑道的铺装，在保证材料性能的前提下，明显降低
了铅含量，改善了工作环境。
部分聚氨酯跑道采用MDI体系和异辛酸锌/辛酸亚锡复合催化剂生产。徐州工业职业技术学院鉴于其摊铺方法
难以保证性能，且对环境污染大，研究了大吨位平板硫化机成型，然后再铺设，接缝处用端异氰酸酯聚合物粘合的
施工方法。用硫化机制作的塑胶块，尺寸一致、质量稳定、密实度高。塑胶块既做基础，又作面层，大大降低了工
程造价。
上海某公司采用聚氨酯面层与环氧树脂底层复合铺装自行车赛场跑道，经长时间使用后，跑道面层无裂缝、空
鼓，还具有色彩丰富、耐磨、防静电、保光保色性好等优点。武汉某研究院针对传统铺面材料成本高、施工难度大、
有污染，推广普及有限制的现象，开发出一种无溶剂超高固体涂料，是一种新型聚氨酯铺面材料，弹性好、耐磨性
强、抗老化、耐冲击、使用方便、成本低等特点。（全文完）