聚氨酯增硬劑，解決TPU材料硬度不足的問題，提升產品的耐刮擦和定型能力
各位朋友，大家好！我是老王，今天咱們聊聊一個在TPU應用領域里常常被提及，但又讓人感覺有點“神秘”的話題——聚氨酯增硬劑。
TPU，全名熱塑性聚氨酯彈性體，它就像塑料界的“變形金剛”，柔軟有彈性，耐磨又抗撕裂，應用范圍那是相當廣泛，從我們腳下的鞋底，到手機的保護殼，再到汽車的零部件，到處都有它的身影。
但是，再完美的英雄也有弱點，TPU的硬度有時候就讓人有點“捉急”。就像一個身懷絕技的武林高手，卻少了一份“金剛不壞之身”，在一些需要高硬度、高耐刮擦性的場合，TPU就顯得有點力不從心。
那么，問題來了，遇到這種情況怎么辦呢？難道要放棄TPU這個“變形金剛”，另尋他路嗎？當然不用！我們還有“秘密武器”——聚氨酯增硬劑！
一、 什么是聚氨酯增硬劑？
顧名思義，聚氨酯增硬劑，就是用來提升TPU硬度的添加劑。它就像一位“肌肉教練”，能讓TPU的“骨骼”更加強壯，從而提升整體的硬度和耐刮擦性能。
但這個“教練”可不是隨便什么人都能勝任的，它必須滿足以下幾個條件：
- 相容性好： 能與TPU良好地混合，不會出現“水土不服”的情況，導致產品分層或析出。
- 分散性好： 能均勻地分散在TPU基體中，不會出現“抱團取暖”的現象，影響增硬效果。
- 不影響其他性能： 在提升硬度的同時，盡量不影響TPU的其他優(yōu)良性能，比如彈性、耐磨性等。
- 穩(wěn)定性好： 在加工和使用過程中，不易分解、揮發(fā)，保持長期有效的增硬效果。
二、 聚氨酯增硬劑的分類
市面上的聚氨酯增硬劑種類繁多，就像武林中的各個門派，各有各的獨門絕技。常見的分類方法有以下幾種：
- 按化學成分分類：
- 多元醇類增硬劑： 這類增硬劑通常是一些高官能度的多元醇，它們能與TPU的異氰酸酯反應，形成交聯結構，從而提升硬度。 就像給TPU的“肌肉”增加了一層“鋼筋”，使其更加堅硬。
- 異氰酸酯類增硬劑： 這類增硬劑則含有多個異氰酸酯基團，同樣能與TPU的多元醇反應，形成交聯結構。相當于在TPU的“骨骼”中加入了更多的“骨骼”，使其更加強壯。
- 小分子增硬劑： 這類增硬劑通常是一些小分子化合物，如苯甲酸酯類、鄰苯二甲酸酯類等，它們能填充在TPU分子鏈之間，減少分子鏈的移動，從而提升硬度。好比在TPU的“肌肉”中填充了“沙袋”，使其更加緊實。
- 無機填料類增硬劑： 這類增硬劑通常是一些無機粉體，如二氧化硅、氧化鋁、碳酸鈣等，它們能提高TPU的剛性和耐磨性，從而提升硬度。如同在TPU的“皮膚”上涂了一層“盔甲”，使其更加堅硬耐磨。
- 按物理形態(tài)分類：
- 液體增硬劑： 這類增硬劑通常是液態(tài)的，易于與TPU混合，分散性好。
- 固體增硬劑： 這類增硬劑通常是粉末狀或顆粒狀的，需要經過一定的預處理才能與TPU混合。
三、 聚氨酯增硬劑的作用機理
聚氨酯增硬劑之所以能提升TPU的硬度，主要是通過以下幾種方式：
聚氨酯增硬劑之所以能提升TPU的硬度，主要是通過以下幾種方式：
- 增加交聯密度： 多元醇類和異氰酸酯類增硬劑能與TPU反應，形成交聯結構，使TPU分子鏈之間連接更加緊密，從而提升硬度。
- 增加分子間作用力： 小分子增硬劑能填充在TPU分子鏈之間，增加分子間的范德華力，限制分子鏈的移動，從而提升硬度。
- 提高剛性： 無機填料類增硬劑能提高TPU的剛性，使其在外力作用下不易變形，從而提升硬度。
四、 聚氨酯增硬劑的選用
選擇合適的聚氨酯增硬劑，就像為TPU選擇一位合適的“教練”，需要綜合考慮以下幾個因素：
- TPU的種類： 不同的TPU，分子結構和性能特點不同，需要選擇與之相容的增硬劑。
- 產品的應用領域： 不同的應用領域，對產品的硬度和其他性能要求不同，需要選擇能滿足要求的增硬劑。
- 加工工藝： 不同的加工工藝，對增硬劑的形態(tài)、分散性等要求不同，需要選擇適合加工工藝的增硬劑。
- 成本： 在滿足性能要求的前提下，盡量選擇性價比高的增硬劑。
| 產品參數 | 指標范圍 | 典型值 | 測試方法 |
|---|---|---|---|
| 外觀 | 透明液體 | 透明液體 | 目測 |
| 密度（g/cm3） | 0.9-1.1 | 1.0 | GB/T 1033 |
| 粘度（mPa·s） | 50-200 | 100 | GB/T 265 |
| 酸值（mgKOH/g） | ≤ 1.0 | 0.5 | GB/T 2895 |
| 羥值（mgKOH/g） | 200-400 | 300 | GB/T 12008.3 |
| 適用TPU類型 | 酯類、醚類TPU | 酯類TPU | / |
五、 聚氨酯增硬劑的添加量
聚氨酯增硬劑的添加量，就像廚師做菜時放鹽，放少了沒味道，放多了又太咸。一般來說，增硬劑的添加量在TPU總質量的1%-10%之間。具體添加量需要根據TPU的種類、產品的應用領域以及增硬劑的種類和性能來確定。可以通過試驗來確定佳添加量，以達到佳的增硬效果。
六、 聚氨酯增硬劑的應用實例
- 鞋材： 在鞋底材料中添加聚氨酯增硬劑，可以提高鞋底的耐磨性和耐刮擦性，延長使用壽命。特別是對于運動鞋來說，一個耐磨的鞋底能讓運動員更好地發(fā)揮水平。
- 手機保護殼： 在手機保護殼材料中添加聚氨酯增硬劑，可以提高保護殼的硬度和耐刮擦性，更好地保護手機免受損傷。誰也不希望自己的手機“裸奔”幾次就傷痕累累。
- 汽車零部件： 在汽車內飾件和外飾件中添加聚氨酯增硬劑，可以提高零部件的耐磨性和耐候性，延長使用壽命。汽車可是咱們的“第二個家”，當然要好好保護。
- 電線電纜： 在電線電纜的護套材料中添加聚氨酯增硬劑，可以提高護套的耐磨性和耐切割性，確保電線電纜的安全運行。安全用電，人人有責。
- 工業(yè)腳輪： 在工業(yè)腳輪等需要高耐磨高承載的部件中，可以通過加入聚氨酯增硬劑的方式，來提高產品的承載能力和耐磨性能。
七、 使用聚氨酯增硬劑的注意事項
- 分散性： 增硬劑必須充分分散在TPU基體中，否則會影響增硬效果?？梢圆捎酶咚倩旌?、超聲波分散等方法來提高分散性。
- 相容性： 增硬劑必須與TPU相容，否則會出現分層、析出等問題。在選擇增硬劑時，要考慮其與TPU的相容性。
- 穩(wěn)定性： 增硬劑必須具有良好的穩(wěn)定性，在加工和使用過程中不易分解、揮發(fā)?？梢蕴砑臃€(wěn)定劑來提高增硬劑的穩(wěn)定性。
- 安全性： 增硬劑必須符合相關的安全標準，對人體無害。在使用增硬劑時，要做好防護措施，避免直接接觸。
- 小批量測試： 大批量使用某種聚氨酯增硬劑之前，務必進行小批量測試，驗證添加劑與TPU體系的相容性以及增硬效果，避免造成不必要的損失。
八、 總結
總而言之，聚氨酯增硬劑是解決TPU材料硬度不足問題的一把“利劍”，通過合理選擇和使用增硬劑，我們可以大幅度提升TPU產品的硬度和耐刮擦性能，拓寬其應用范圍。但同時也要注意，增硬劑的使用是一門技術活，需要綜合考慮各種因素，才能達到佳的效果。希望今天的講座能對大家有所幫助，讓大家在使用TPU材料時，更加得心應手！
好了，今天就聊到這里，感謝大家的聆聽！如果大家還有什么問題，歡迎隨時提問，老王我一定知無不言，言無不盡！
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；
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NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時間長；
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NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；
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NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結構泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應用中。