TPU 合成属于逐步加成聚合反应，在形成大分子的反应过程中，起主要作用的只有一种化学反应（缩合反应），该化学反应不断重复地增长即可形成聚合物，TPU 合成反应的特征如下。
（1）聚合反应主要依靠单一化学反应的不断重复、增长来完成。
（2）单体中可以包含羟基、异氰酸酯基、胺基等多种官能团，每一种官能团都可能随机地发生反应。
（3）单体在聚合反应的初期就消耗殆尽。
（4）产物的分子量随着单体转化率的增加缓慢增长。
（5）在整个反应过程中，任意聚合度的低聚物都可参与聚合，因此产物分子量分布较宽。
（6）原料需要按照严格的化学计量比配置。
（7）单体的纯度要求比较高。
影响合成TPU 的主要因素如下。
1. 反应原料的特性
不同种类的二异氰酸酯的活性不尽相同，但影响活性的因素主要包括电子效应及位阻效应。一般而言，因为苯环的共轭效应使得芳香族异氰酸酯的活性高于脂肪族异氰酸酯，二异氰酸酯上的两个异氰酸根会因为所处的化学环境不同也具有不同的活性，如IPDI 的两个异氰酸根就表现出明显的差异性，TDI 上的两个异氰酸根活性也不同。尽管存在黄变效应，但芳香族异氰酸酯凭借其高活性、低价格及良好的力学性能仍被广泛应用。其中，二苯基甲烷二异氰酸酯由于低蒸气压、低毒性及适用范围广，逐渐成为芳香族异氰酸酯中最具潜力的品种。同时，与纯4，4′-MDI 比，含4，4′-MDI 及2，4′-MDI 的产品储存和使用更为方便安全（常温时为液态），利用2，4′-MDI 分子结构的不对称性，可以降低硬段微区结晶度，有利于提高软硬段的相容性。低聚物二元醇构成TPU 的软段部分，其结构排列及分子量的大小均会对反应速度及产物性能产生重要影响。一般而言，当TPU 分子量相同时，聚酯型TPU 的强度随聚酯二醇分子量的提高而增加，聚醚型TPU 的强度则随聚醚二醇分子量的提高而降低。当低聚物二元醇主体结构相同但分子量不同时，其反应速率常数会随着分子量的增加而降低。
2. 水分
在合成TPU 过程中，需提前对原料进行除水，同时要严格控制合成过程中水分含量，主要原因是：首先，水的分子量只有18，在TPU 聚合期间含少量水，将消耗异氰酸酯，并对产品性能产生重要的影响；其次，虽然水和异氰酸酯基的反应速度与仲羟基和异氰酸酯基的反应速度相当，但水和异氰酸酯基反应最终会生成伯胺和二氧化碳，伯胺和异氰酸酯基的反应速度很快，约是伯羟基的100 倍。伯胺和异氰酸酯基反应生成脲基，脲基很容易和异氰酸酯基反应，产生交联。因此，即使是微量的水分也将导致化学交联，使得弹性体变硬变脆，而且生成的二氧化碳会在弹性体中形成气泡。当环境中的湿度超过60%时，该反应将很容易进行。因此为确保弹性体的质量，必须严格控制原材料的含水量，一般要求其在反应体系中低于0.05 wt%。
3. 异氰酸酯指数（R 值）
TPU 合成反应中，羟基与异氰酸酯基两种官能团的物质的量比决定了合成产物分子量的大小及端基的结构，R 值是TPU 合成的重要设计参数。R 值是指二异氰酸酯当量与活泼氢当量数之和之比，活泼氢一般为羟基（—OH），但也有少部分胺基，故R 值一般计算如式（3－8）。(www.xing528.com)
R 值的大小对TPU 合成的影响如下：
0 ＜R ＜1 分子扩链，端基为—OH
R ＝1子无限扩链，端基为—NCO 及—OH
1 ＜R ＜2 分子扩链，端基为—NCO
R ＝2分子不扩链，端基为—NCO
R ＞2分子不扩链，端基为—NCO，且存留有未反应的异氰酸酯。
因此在合成TPU 时为了避免化学交联，实现反应的可控性和可重复性，要严格控制R值等于1。从理论上讲，在TPU 合成反应中R 值越接近于1 越有利于弹性体分子量的增长。当NCO 过量时将导致共价交联而生成脲基甲酸酯或缩二脲（水存在下），而OH 过量则反应不完全，弹性体力学性能不好。在聚合过程中通常由于体系微量水分的存在，以及异氰酸酯基相互之间的自聚作用，使异氰酸酯基相对损失较多，因此在合成TPU 时，通常使异氰酸酯基稍过量，即R 值略大于1。
4. 反应温度
对各步反应温度的选择应充分考虑到反应速度、副反应的影响以及体系黏度等各方面因素。根据阿累尼乌斯方程，温度的升高有利于反应速度的提高，从而缩短反应时间，并且可极大地降低反应黏度，增加反应的可操作性。但是，过高的温度也增大了副反应的可能性，从而严重影响所合成弹性体的性能。但是温度过低则会使反应速率慢。综合比较，TPU 反应温度一般选择在60 ～120 ℃之间。
5. 催化剂
众所周知，催化剂是通过改变化学反应机理来改变反应动力学。体系中有无催化剂将直接影响反应速率的快慢，相关研究人员研究了不同的催化剂组合对聚氨酯体系反应动力学的影响，发现催化剂二月桂酸二丁锡具有优良的催化活性。在聚环氧丙烷二元醇与MDI 的反应体系中，比较了二月桂酸二丁锡、辛酸亚锡、硫醇锡以及相应的几种锡胺体系催化剂的反应活性，结果发现辛酸亚锡的活性最高。催化剂用量一般占反应体系千分之几到百分之几之间。
6. 溶剂
当反应需要在溶液体系中进行时，就必须考虑溶剂对反应的影响，通常TPU 合成使用的溶剂有氯苯、四氢呋喃、丙酮等。许多学者的实验数据表明同样反应体系在不同溶剂中反应速率有差别，这可能是体系中生成中间产物的极性结构所致的。
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