南京理工大学学科前沿讲座综述
热塑性弹性体的研究与应用
摘要：本文介绍了热塑性弹性体的基本概念和发展背景，说明了热塑性弹性体的结构与性能特点，着重介绍的聚氨酯烯，聚烯类，聚苯乙烯等主要热塑性弹性体的研究以及应用。
关键词：聚氨酯，聚烯类，聚苯乙烯，最新研究，应用
热塑性弹性体，简称TPE或TPR，是Thermoplastic rubber的缩写。它的名称直观地展示了这种高分子材料的基本特性，即常温下可以显示橡胶弹性，高温下又可以进行塑化成型，具有类似于橡胶的力学性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收，将两者的优点结合，在生产生活中获得了广泛应用和发展。一．热塑性弹性体的发展过程
从1960年杜邦公司推出第一代热塑性弹性体(TPU)以来,到现在已经发展到第4代,产品已达到20多个系列、100多个品种。1987年到1996年间,TPE年均增长率始终保持在5.5%左右。1997年TPE的世界需求量已突破100万吨，到2000年世界热塑性弹性体产量达110万吨。2001年全球TPE的消费量为158万t,预计到2006年TPE的需求量将达215万吨,价值100多亿美元,平均年增长率将达6.4%。[1]发展至今，全世界范围内的TPE产能过剩，但亚洲地区，特别是中国的TPE需求量却在迅速增加。因此，TPE的研究应用在我国仍有着重要的意义和广阔的前景。
二．热塑性弹性体的研究和应用
热塑性弹性体发展至当代，在生产和科研的过程中发展出了许多种类的弹性体，它们各自都有着不同的性能和应用。其中最重要的几种热塑性弹性体包括：聚氨酯类热弹性体、聚烯烃类热弹性体、聚苯乙烯类热弹性。本文结合最近几年的发展状况，对这几类热塑性弹性体的研究和应用进行了归纳总结。
２.１聚氨酯类热塑性弹性体
聚氨酯类热塑性弹性体，简称TPU，基本结构是由氨酯硬链段与聚酯或聚醚软链段相互交替聚合而成。TPU分为聚酯和聚醚两大类型,所用单体非常繁杂。单体之一的异氰酸酯主要为MDI(二苯甲烷二异氰酸酯),常用的还有加氢MDI、HDI(六亚甲二异氰酸酯)、CHDI(1,4-环己二烷二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)等。另一单体的长链多元醇为聚烷撑二醇,特别是PTMG一类的聚醚,以及聚烷撑己二酸酯,聚己内酯,聚碳酸酯等类的聚酯。[1]它具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐低温、耐老化、耐臭氧、耐辐射及良好的导电性等优点，因此受到了广泛的研究应用。
杨丽博等人[2]釆用预聚和扩链等方法,以富马酸,丙二醇等生物质化学品为原料合成了物理性能优良、热性能稳定、可生物降解的聚酯类多嵌段弹性体材料，可有效解决传统弹性体难以降解，污染环境的缺点。温凯等人[3]，采用预聚体法以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)，2，4- 甲苯二异氰酸酯(TDI) 和碳纤维(CF) 粉末为原料合成碳纤维增强的聚氨酯热塑性弹性体，当CF质量分数为0.3% 时，CF 可以在PUR基体中均匀分散，其拉伸强度提高了27.8%，100%和300%定伸强度
分别提高了76.4%和102.2%，撕裂强度提高了32.2%，而断裂伸长率仅下降19.5%，玻璃化温度温度提高18.5℃，热导率提高26.4%，界面结合较好，有效改善了聚氨酯的力学性能和耐热性能。夏侯国论等人[4]用端羟丙基硅油和有机蒙脱土共同改性聚氨酯，并通过IR，XRD，TEM，SEM，DSC等表征，表明制备出的为插层型纳米复合材料，有效改善了聚氨酯的力学性能，耐热性能和界面结合。武汉科技大学曾骐［５］研究了硬质聚氨酯和聚苯乙烯复合的保温材料，提高了复合泡沫塑料的压缩强度，降低了导热系数，提高了其保温性能。
我国是聚氨酯消费大国，也是生产大国。根据专家预测，聚氨酯及上游原料产品将有较大的发展空间，2015年中国将成为世界最大的聚氨酯市场。值得说明的是，中国是世界第二大经济体，也是聚氨酯的大消费市场。首先，中国生产了全世界95%的冷藏集装箱、60%的鞋子以及70%的玩具；其次，中国的建材、氨纶、纺织品、合成革和汽车产量均居世界第一；同时，中国的城市化进程加快、高速铁路投资加大，环保合成木材需求增加等，这些产业的强势发展都为聚氨酯带来了巨大的市场机会。［６］不仅如此，在未来，聚氨酯凭借其优异的生物相容性，稳定性和加工性能，在医用级别和食品安全级别领域中还将得到更多的应用。２.２聚烯烃类热塑性弹性体
聚烯烃类热塑性弹性体，简称TPO，主要指二元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶，丁腈橡胶等与聚丙烯，聚乙烯等共混，形成的不需硫化即可加工成型的一类热塑性弹性体。这类弹性体的显著特征是比重强，耐候性，耐臭氧性强，抗冲击性能好，因此也发展得很快，尤其是在建材和汽车行业，如各类型材，板材，汽车保险杆，底盘，仪表盘，内饰等都可以看到TPO的身影。
杨红都［７］研究了不同品种和用量的白炭黑,偶联剂处理过的白炭黑以及白炭黑/炭黑并用补强POE的性能。结果表明,白炭黑对POE具有较好补强性能,不同牌号白炭黑的补强效果有一定的差异;用硅烷偶联剂VTPS处理的白炭黑补强POE的效果不明显;与同样粒径的炭黑相比,白炭黑补强POE的效果较好。上海交通大学谢玉阁［８］研究了聚烯烃弹性体改性沥青的结构和性能,发现随着聚烯烃用量增加，沥青的耐高温性能变好，但稳定性有所下降。苏家凯［９］采用聚烯烃弹性体代替传统弹性体，对聚丙烯进行改性，发现其抗冲击韧性大大提高。
目前，我国TPO产量在１００万吨左右，预计到２０２０年将达到３００万吨左右，但仍存在工业生产装置规模偏小，生产成本高，工艺技术简单，产品品种较少质量较差等问题。［１０］所以，TPO产业未来的发展应该向规模化，产业化的方向发展，加快转型，促进创新，向发达国家的工业水平看齐。
２．３聚苯乙烯类热塑性弹性体
聚苯乙烯类嵌段聚合物，由于其中包含了嵌段结构，因此，它具有热塑性弹性体的特性，可用于多种领域。苯乙烯类嵌段聚合物以聚苯乙烯为硬嵌段，以异戊二烯或丁二烯等共轭二烯类化合物的聚合物为弹性体嵌段，形成了一个三段式的嵌段分子，链结构，基本性能特征为：在常温下聚苯乙烯嵌段硬而强，与中间的弹性体嵌段不相容，呈相分离状态；聚苯乙烯嵌段易形成晶体，分散于弹性基体相中，并将弹性体嵌段锁接成物理交联的网络。这种以弹性体为连续相，聚苯乙烯为分散相的网络结构赋予了这类聚合物与传统硫化橡胶相似的弹性体性能。
聚苯乙烯类热塑性弹性体有许多应用，可大量运用于制鞋产业，沥青改性，塑料改性，特种性能材料等方面。华南理工大学葛俊静[１２]研究了以石蜡油改性SEBS与聚丙烯的共混物(O-SEBS/PP)为基体,以氢氧化镁（MH）为主体阻燃剂,采用开炼机混炼的方式制备了阻燃O-SEBS/PP复合物,验证微米级MH经表面处理后
