无机材料改性水性德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU的研究进展
水性德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU
德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU是软硬段结构交替构成的嵌段式分子聚合物。TPU的生产过程是，进行加成反应低聚物多元醇(例如聚醚和聚酯)与异氰酸酯得到预聚体，再在预聚体中加入扩链剂，进行扩链反应获得*终产物TPU。TPU的硬段部分主要是由扩链剂(主要是醇和胺)和异氰酸酯反应形成，为软段部分的变形和伸长提供可变节点是硬段部分的作用。软段部分是由聚酯多元醇或聚酸形成的，在室温下软段部分能够处于高弹状态，产生较大拉伸变形。
TPU具有的化学结构是独特的嵌段式，使得TPU存在以好的耐化学品、耐热耐磨、高强度、高弹性等性能。TPU被广泛应用于胶黏剂、橡胶、合成革、泡沫塑料、汽车、建筑等领域。在材料产业中TPU材料占据十分重要的地位，TPU产品品种逐年增加，世界各大公司都在积极的发展TPU产业链。
水性TPU是将TPU预聚体通过机械搅拌分散或溶解于水中，形成TPU体系，也叫做水系TPU或水基TPU。水性TPU一般是由双官能团或者多官能团的异氰酸酯与含有两个或两个以上活泼氢的低聚物反应所合成的高分子聚合物。
相较于溶剂型TPU，水性TPU具有高硬度、高强度、并且具有良好的柔韧性和优异的耐疲劳性能等。同时水性TPU相比溶剂型TPU还具备不同的优点。环保无刺激性气味、方便的操作使用性能、易被改性且不燃等。这些性能于许多领域使得水性TPU可以比较成功地应用，广泛的替代溶剂型TPU，如胶黏剂、建筑材料、油墨涂料、纺织印刷、皮革加工等行业。
水性德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU的一般制备方法
一般制备方法中，水性TPU是不能从水性乙烯合成树脂，得到树脂自由基的乳液聚合法。这是由于具有特殊性有异氰酸酯参与的反应，所以一般制备水性TPU的方法是将水性TPU与多元醇水性化之前充分反应，使得多元醇进入TPU分子中。
要得到性能良好稳定的水性TPU，制备原理以及制备方法则必须充分掌握。在水性TPU合成过程中水性TPU的配方及其乳化条件十分重要。否则，在放置的过程制备的水性TPU会产生分层和沉降的现象，产生具有弹性颗粒的大粒径，导致无法较稳定存放水性TPU，不能乳化而发生凝胶。
水性TPU合成一般的过程分为两个步骤:首先，在低聚物(例如聚二醇)反应下，合成预聚体。然后，在水溶液条件下将其分散，进行剪切。
纳米改性水性德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU
（一）、纳米改性水性TPU的意义
由上文提到的，水性TPU在性能上有一些缺陷，希望通过对于水性TPU的改性达到更加良好的性能。而纳米粒子所特有的小尺寸粒子效应、轨道量子效应以及表面效应等特性，很大程度上可以使水性TPU的耐热性、机械力学性以及耐水性能得到的弥补。同时与宏观粒子表现出的电磁、光和化学性质与纳米粒子不同，能够赋予水性TPU一些特殊性能。复合材料的性能由于纳米材料的加入使得实现质的飞跃，同时，开辟了复合多功能材料的全新领域。得到很多高效经济的纳米材料根据前人的研究能够与水性TPU制得复合材料，例如碳纳米管、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、二氧化硅和二氧化铁，得到了十分显著的效果。
（二）、常用纳米改性水性聚氧酯方法
水性TPU通过纳米材料改性得到的性能复合材料。其处理方法在水性TPU的纳米增强改性中，主要有插层法、原位生成法、溶胶凝胶法和直接混合法。
（三���、原位生成法
将四乙氧基硅烷或者四丁基钛酸等前驱体加入到水性TPU的基体上，并在合适的反应条件下，在TPU基体上采用原位缩合法，与SiO2、TiO2等反应得到纳米粒子，这就是原位生成法。
纳米改性水性TPU采用原位生成法能够实现，从而获得纳米改性水性TPU复合材料。原位生成法的优点是首先反应条件方面，条件较易控制且十分温和；其次是生成的纳米粒子方面，得到的纳米粒子保持了较好的纳米特性且没有聚集分散均匀；*后是产物产率方面，原位生成法得到的产物产率较高，这是因为只进行一次聚合反应，副反应的发生有效的防止而导致的聚合物不纯或者降解消耗，复合材料的性能稳定性充分的保障。
但是原位聚合法有局限性的适用范围。这是由于这种方法只适用于含有特定物质的胶体粒子溶液(例如硫化物和氧氧化物)，在这些溶液中只有才能够使单体分子发生原位聚合得到纳米复合涂料。
四）、插层法
有机单体不发生原位聚合，聚合物直接进入层式结构的层间，得到插层式复合纳米材料，这就是插层法；或者进入到无机物层结构的层间中，并发生原位聚合。采用插层法得到的无机夹层的有机改性，能够获得间距增加几到几十的纳米无机插层结构。
另外，在片层之间单体进一步发生聚合，由于进一步的聚合，层间间距进一步加大，分子量进一步增加，无机物的整个层片结构进而破坏，这样就将得到经过剥离的复合纳米材料，此时的复合纳米材料分离开无机物的夹层。取适量与水性TPU混合，将采用插层法得到的复合纳米材料，适当的经过反应处理后，制得杂化的无机水性TPU复合材料。这种复合材料具有优良的硬度、分散性、耐热性，这是由于在聚合物水性TPU的有机相中片层结构的纳米无机物均匀分布，从而有效提高提高复合材料的综合性能。但是复合材料本身的弹性会受到影响。
（五）、直接混合法
在TPU基体中直接混合法是指直接加入纳米粒子，并采用超声分散和机械搅拌的方法，得到水性TPU纳米复合材料。由于纳米粒子的表面积大，颗粒直径较小，导致纳米粒子间的二次聚合粒子易聚合构成。与此同时，高分子聚合物具有极性的水性TPU，与纳米粒子引起其不易相容，形成两个独立的分散相。所以，通常使用加入增稠剂以改变乳液的粘度，或者加入分散剂或者偶联剂等表面改性纳米粒子的方法。在水性TPU得到纳米粒子均匀分散，且不成为独立的两相，制得稳定分散均匀的复合乳液。
纳米改性水性德国巴斯夫Elastollan S98A53 TPU材料的展望与应用
由于纳米材料原料来源较广泛、制备工艺方便、经济节约、成本不高，以其自身固有的独特功能和优异特性，注入了新的希望为涂料的发展，并提供了条件为绿色涂料的发展，同时世界范围促进了涂料产品日新月异。虽然在水性TPU中将纳米材料添加使得复合材料的综合性能可以提高，但对于纳米改性水性TPU材料并不能提高所有性能。目前，研究纳米改性水性TPU的方向主要包括了以下几个方面:
研发高活性基团的分散剂，纳米材料表面改性剂种类和用量进一步研究探索对涂料综合性的影响机理，提供有力的理论为纳米粒子分散剂及分散性能的选择。
优化纳米改性水性TPU的合成工艺科学指导，从而使纳米粒子在聚合物中能够均匀稳定的分散。
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