TPU（thermoplastic polyurethane）是熱塑性聚氨酯彈性體的簡稱，是一種性能優良的熱塑性彈性體，兼具塑料的機械強度及橡膠的彈性，可采用傳統的加工方式進行加工，如擠出，注塑，吹塑，流延，吹膜，壓延等，其應用領域也呈現多樣化的趨勢，如鞋材，管材，薄膜，線纜，滾輪，合成革，膠黏劑，消費電子，智能可穿戴設備，生物醫療器材等。隨著科學技術的發展，TPU的應用領域逐步擴大，市場前景也更為廣闊。

一、TPU的分子結構

合成TPU的主要原料分為三種：聚合物二元醇（Polyol），二異氰酸酯（diisocyanate），小分子二元醇擴鏈劑（chain extender），三種原料之間反應生成軟硬段相間的嵌段共聚物，其中polyol為軟段相，賦予材料良好的柔順性和高彈性，diisocyanate與chain extender形成的硬段相，賦予材料良好的力學性能。

圖一：TPU分子結構

二、 TPU的微相結構

TPU之所以兼具力學強度和高彈性，與其微相結構有著密不可分的關系。由于分子間作用力（包括氫鍵）作用，硬段之間由于氫鍵的作用傾向于聚集形成類似于結晶的有序結構，而這種有序結構在材料中起到物理交聯點的作用，由于軟硬段極性的差異，造成了TPU材料軟段相和硬段相的微相分離，硬段賦予材料良好的力學強度，軟段賦予材料極佳的彈性，正是這種獨特的結構使材料具有良好的性能，且軟硬段極性差異越大，微相分離越完全，材料的性能也相對越好；同時這種物理交聯又不同于橡膠分子間的化學交聯，這種交聯結構是可逆的，當TPU材料熔融后硬段聚集態結構解除，而冷卻過程中又再次形成這種結構，因此TPU生產和加工中微相分離程度的控制對產品質量有著至關重要的影響。

圖二TPU微相結構與橡膠化學交聯結構對比

圖三 TPU物理交聯結構的可逆性

三、 聚酯型TPU和聚醚型TPU對比

根據合成TPU所用Polyol的不同，TPU大致可分為聚酯型TPU和聚醚型TPU，聚酯型TPU所用polyol一般為分子量為1000-3000的己二酸系二元醇，聚醚型TPU所用polyol一般為分子量為1000或2000的聚四氫呋喃二醇（PTMEG）。兩種類型TPU在以下幾個方面也表現出明顯的差異。

機械強度

相對于聚醚型TPU，由聚酯型polyol合成的TPU分子含極性大的酯基，這種聚氨酯內部硬段之間不僅能夠形成氫鍵，而且軟段上的極性基團也能部分地與硬段上的極性基團形成氫鍵，使硬相能更均勻地分布于軟相中，起到物理交聯點的作用。因此相對而言，聚酯型TPU的力學強度更高；另外在原料化學配比一定的情況下，改變polyol的分子量對TPU力學強度的影響也不相同。對于聚醚型TPU來說，增加polyol的分子量相當于減少硬段比例，由于醚鍵內聚能較低，鍵的旋轉位壘較小，隨著聚醚相對分子質量的增加，鏈更柔順，軟段比例增加，故強度下降，彈性增加；對于聚酯型二元醇來說，polyol分子量的增加對強度影響則不明顯，這是由于分子中存在極性酯基，聚酯軟段的分子量增加，酯基也增加，這在一定程度上抵消了軟段增加、硬段減少對強度的負面影響。

低溫柔順性

相對于酯基來說，由于醚鍵內聚能較低，易于旋轉，故聚醚型TPU具有更好的耐低溫性能。

耐水解

聚酯型TPU易受水分子的侵襲而發生分子斷裂，且水解生成的酸又能催化其進一步的水解，這在高溫條件下表現的尤其明顯。雖然在聚酯TPU生產配方中加入（聚）碳化二亞胺抗水解劑可大幅度提高聚酯型TPU的耐水解性能，但總體來說聚醚型TPU具有更好的耐水解性，尤其是耐高溫水解性。

耐熱氧老化性能

醚基鄰位亞甲基上的α氫比較活潑，在空氣中受熱極易氧化使制品變黃，所以聚酯型TPU的耐熱氧老化性能更好。而聚醚型TPU在配方中往往添加受阻酚類或亞磷酸酯類等抗氧劑以提高產品的耐氧化性能。

耐油性及耐生物降解性

由于聚酯型TPU分子軟段的極性與油脂極性差異更大，所以相對來說其耐油性要比聚醚型更好，但是聚酯型TPU與微生物長期接觸，會被微生物侵蝕，而聚醚型TPU則很難受到微生物的侵蝕，故聚醚型TPU的耐生物降解性能更好。

價格

鑒于生產原料價格及其它方面的因素，聚醚型TPU的價格要高于聚酯型TPU。

總體上說，聚酯型TPU價格相對較低，具有更好的力學性能，耐熱氧老化性和耐油性，聚醚型TPU價格較高，耐低溫性，耐水解性及耐生物降解性更好。