第113篇｜熱塑性聚氨酯
第113篇｜熱塑性聚氨酯
Thermoplastic Polyurethane (TPU)
⸻
一句話定義
熱塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）是一種由軟鏈段（Soft Segment）與硬鏈段（Hard Segment）所組成，具有微相分離結構（Microphase Separation）、可加熱熔融再加工，且兼具橡膠彈性與塑膠加工性的熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer）。
⸻
為什麼重要
如果說：
橡膠。
⸻
代表彈性。
⸻
塑膠。
⸻
代表加工性。
⸻
那麼：
TPU。
⸻
就是兩者的孩子。
⸻
它可以像橡膠一樣柔軟。
⸻
又能像塑膠一樣射出。
⸻
擠出。
⸻
押出。
⸻
3D列印。
⸻
甚至回收再利用。
⸻
這也是為什麼。
⸻
從手機殼。
⸻
運動鞋。
⸻
汽車零件。
⸻
醫療導管。
⸻
到工業膠膜。
⸻
都能看到TPU的身影。
⸻
TPU是什麼？
TPU屬於：
Thermoplastic Elastomer
熱塑性彈性體。
⸻
簡稱：
TPE。
⸻
其最大特色：
加熱變軟。
⸻
冷卻恢復強度。
⸻
因此可重複加工。
⸻
TPU基本組成
TPU主要由三部分組成：
Polyol
軟鏈段來源。
⸻
Isocyanate
形成硬鏈段。
⸻
Chain Extender
建立硬段結構。
⸻
典型反應：
Polyol+MDI+BDOrightarrow TPU
⸻
其中：
BDO最常見。
⸻
TPU最大特色
具有：
Soft Segment
與
Hard Segment。
⸻
共存結構。
⸻
形成：
微相分離。
⸻
TPU結構
可簡化表示：
Soft Segment
↓
Hard Segment
↓
Soft Segment
↓
Hard Segment
⸻
交替排列。
⸻
形成特殊奈米結構。
⸻
軟鏈段（Soft Segment）
主要來源：
Polyether Polyol
⸻
Polyester Polyol
⸻
Polycarbonate Polyol
⸻
提供：
• 柔軟性
• 彈性
• 回彈性
⸻
硬鏈段（Hard Segment）
主要來源：
MDI
⸻
Chain Extender
例如：
BDO。
⸻
提供：
• 強度
• 硬度
• 耐磨性
⸻
TPU為什麼有彈性？
因為：
Soft Segment。
⸻
能自由變形。
⸻
受力後伸長。
⸻
解除外力後恢復。
⸻
產生橡膠特性。
⸻
TPU為什麼有強度？
因為：
Hard Segment。
⸻
形成聚集區域。
⸻
類似物理交聯點。
⸻
提供支撐結構。
⸻
微相分離
TPU最經典現象。
⸻
稱為：
Microphase Separation。
⸻
軟段與硬段極性不同。
⸻
彼此不完全混合。
⸻
形成奈米級區域。
⸻
結構如下：
Soft Domain
↓
Hard Domain
↓
Soft Domain
⸻
這也是TPU高性能來源。
⸻
TPU與交聯的差異
許多人誤以為：
TPU沒有交聯。
⸻
其實不完全正確。
⸻
TPU具有：
Physical Crosslink。
⸻
物理交聯。
⸻
而非永久：
Chemical Crosslink。
⸻
為什麼TPU能重複加工？
因為硬段聚集體受熱後會解離。
⸻
形成：
可流動狀態。
⸻
冷卻後再次形成：
Hard Domain。
⸻
因此可反覆加工。
⸻
TPU與熱固型PU比較
項目 TPU Thermoset PU
可重熔 可以 不可以
可回收 可以 困難
交聯形式 物理交聯 化學交聯
加工方式 射出、押出 灌注、塗佈
⸻
TPU主要分類
聚醚型TPU
Polyether TPU
⸻
聚酯型TPU
Polyester TPU
⸻
聚碳酸酯型TPU
Polycarbonate TPU
⸻
聚醚型TPU
優勢：
• 耐水解佳
• 耐低溫佳
• 柔軟性佳
⸻
缺點：
耐油性較低。
⸻
聚酯型TPU
優勢：
• 強度高
• 耐磨佳
• 耐溶劑佳
⸻
缺點：
耐水解較差。
⸻
聚碳酸酯型TPU
優勢：
• 高耐水解
• 高耐熱
• 高耐候
⸻
缺點：
成本較高。
⸻
TPU與硬度
TPU硬度範圍極廣。
⸻
從：
Shore A 60
到：
Shore D 80
以上。
⸻
皆可設計。
⸻
TPU與耐磨性
TPU耐磨能力。
⸻
遠高於：
一般橡膠。
⸻
甚至可超越：
部分工程塑膠。
⸻
TPU與耐熱性
一般TPU：
長期耐熱約：
80–120°C。
⸻
特殊級可更高。
⸻
TPU與耐水解性
比較如下：
類型 耐水解
Polyester TPU ★★☆☆☆
Polyether TPU ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★
⸻
TPU與耐溶劑性
比較如下：
類型 耐溶劑
Polyether TPU ★★★☆☆
Polyester TPU ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★
⸻
TPU與透明性
部分TPU。
⸻
具有極高透明度。
⸻
可應用於：
• 保護膜
• 光學材料
• 手機殼
⸻
TPU與接著劑
TPU不只是塑膠。
⸻
也是重要接著樹脂。
⸻
常見於：
• 熱熔膠
• 膠膜
• 鞋材膠
⸻
TPU與鞋材
全球運動鞋中底。
⸻
大量採用：
發泡TPU。
⸻
代表案例：
知名跑鞋材料。
⸻
TPU與汽車
應用於：
• 線束保護
• 儀表板
• 防塵套
• 保護膜
⸻
TPU與醫療
應用於：
• 導管
• 血袋
• 醫療膜材
⸻
因其：
生物相容性佳。
⸻
重要數據或表格
TPU種類比較
類型 耐水解 耐磨 耐溶劑
Polyether TPU ★★★★★ ★★★★☆ ★★★☆☆
Polyester TPU ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
⸻
TPU特性
性能 表現
彈性 ★★★★★
耐磨 ★★★★★
耐撕裂 ★★★★★
透明性 ★★★★☆
回收性 ★★★★★
⸻
與接著工程的關係
TPU直接影響：
Flexibility
柔韌性。
⸻
Abrasion Resistance
耐磨性。
⸻
Hydrolysis Resistance
耐水解性。
⸻
Adhesive Film Performance
膠膜性能。
⸻
Hot Melt Technology
熱熔膠技術。
⸻
Sustainable Materials
永續材料。
⸻
因此是現代高性能材料的重要平台。
⸻
鞋材案例
運動鞋中底。
⸻
利用TPU高回彈特性。
⸻
電子案例
手機保護膜。
⸻
採用透明TPU。
⸻
車用案例
漆面保護膜。
⸻
大量採用TPU基材。
⸻
常見應用
TPU Film
TPU薄膜。
⸻
Hot Melt Adhesive
熱熔膠。
⸻
Footwear
鞋材。
⸻
Automotive Film
汽車保護膜。
⸻
Medical Tubing
醫療導管。
⸻
3D Printing
3D列印材料。
⸻
相關名詞
• Soft Segment（軟鏈段）
• Hard Segment（硬鏈段）
• Chain Extender（擴鏈劑）
• Microphase Separation（微相分離）
• Thermoplastic（熱塑性）
• Polyether TPU（聚醚型TPU）
• Polyester TPU（聚酯型TPU）
• Physical Crosslink（物理交聯）
⸻
FAQ
Q1：TPU是塑膠還是橡膠？
兩者都是。
屬於熱塑性彈性體。
⸻
Q2：TPU可以回收嗎？
可以。
因為可重新熔融加工。
⸻
Q3：TPU有交聯嗎？
有物理交聯。
通常沒有永久化學交聯。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，TPU是聚氨酯家族中最成功的材料之一。
它同時兼具塑膠的加工能力與橡膠的彈性表現，並透過微相分離結構創造出極佳的綜合性能。
在許多應用中，TPU並不是最強的材料，也不是最便宜的材料。
但它往往是性能與加工性之間最平衡的選擇。
因為在高分子世界裡，真正偉大的材料，不一定是極端，而是平衡。
⸻
延伸閱讀
• Soft Segment（軟鏈段）
• Hard Segment（硬鏈段）
• Chain Extender（擴鏈劑）
• Microphase Separation（微相分離）
• Thermoplastic（熱塑性）
• Polyether TPU（聚醚型TPU）
• Polyester TPU（聚酯型TPU）
• Physical Crosslink（物理交聯）
⸻
參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
3. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
4. Seymour, R.B. Thermoplastic Elastomers.
5. Polymer.
6. Progress in Polymer Science.
7. Journal of Applied Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
Thermoplastic Polyurethane (TPU)
⸻
一句話定義
熱塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）是一種由軟鏈段（Soft Segment）與硬鏈段（Hard Segment）所組成，具有微相分離結構（Microphase Separation）、可加熱熔融再加工，且兼具橡膠彈性與塑膠加工性的熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer）。
⸻
為什麼重要
如果說：
橡膠。
⸻
代表彈性。
⸻
塑膠。
⸻
代表加工性。
⸻
那麼：
TPU。
⸻
就是兩者的孩子。
⸻
它可以像橡膠一樣柔軟。
⸻
又能像塑膠一樣射出。
⸻
擠出。
⸻
押出。
⸻
3D列印。
⸻
甚至回收再利用。
⸻
這也是為什麼。
⸻
從手機殼。
⸻
運動鞋。
⸻
汽車零件。
⸻
醫療導管。
⸻
到工業膠膜。
⸻
都能看到TPU的身影。
⸻
TPU是什麼？
TPU屬於：
Thermoplastic Elastomer
熱塑性彈性體。
⸻
簡稱：
TPE。
⸻
其最大特色：
加熱變軟。
⸻
冷卻恢復強度。
⸻
因此可重複加工。
⸻
TPU基本組成
TPU主要由三部分組成：
Polyol
軟鏈段來源。
⸻
Isocyanate
形成硬鏈段。
⸻
Chain Extender
建立硬段結構。
⸻
典型反應：
Polyol+MDI+BDOrightarrow TPU
⸻
其中：
BDO最常見。
⸻
TPU最大特色
具有：
Soft Segment
與
Hard Segment。
⸻
共存結構。
⸻
形成：
微相分離。
⸻
TPU結構
可簡化表示：
Soft Segment
↓
Hard Segment
↓
Soft Segment
↓
Hard Segment
⸻
交替排列。
⸻
形成特殊奈米結構。
⸻
軟鏈段（Soft Segment）
主要來源：
Polyether Polyol
⸻
Polyester Polyol
⸻
Polycarbonate Polyol
⸻
提供：
• 柔軟性
• 彈性
• 回彈性
⸻
硬鏈段（Hard Segment）
主要來源：
MDI
⸻
Chain Extender
例如：
BDO。
⸻
提供：
• 強度
• 硬度
• 耐磨性
⸻
TPU為什麼有彈性？
因為：
Soft Segment。
⸻
能自由變形。
⸻
受力後伸長。
⸻
解除外力後恢復。
⸻
產生橡膠特性。
⸻
TPU為什麼有強度？
因為：
Hard Segment。
⸻
形成聚集區域。
⸻
類似物理交聯點。
⸻
提供支撐結構。
⸻
微相分離
TPU最經典現象。
⸻
稱為：
Microphase Separation。
⸻
軟段與硬段極性不同。
⸻
彼此不完全混合。
⸻
形成奈米級區域。
⸻
結構如下：
Soft Domain
↓
Hard Domain
↓
Soft Domain
⸻
這也是TPU高性能來源。
⸻
TPU與交聯的差異
許多人誤以為：
TPU沒有交聯。
⸻
其實不完全正確。
⸻
TPU具有：
Physical Crosslink。
⸻
物理交聯。
⸻
而非永久：
Chemical Crosslink。
⸻
為什麼TPU能重複加工？
因為硬段聚集體受熱後會解離。
⸻
形成：
可流動狀態。
⸻
冷卻後再次形成：
Hard Domain。
⸻
因此可反覆加工。
⸻
TPU與熱固型PU比較
項目 TPU Thermoset PU
可重熔 可以 不可以
可回收 可以 困難
交聯形式 物理交聯 化學交聯
加工方式 射出、押出 灌注、塗佈
⸻
TPU主要分類
聚醚型TPU
Polyether TPU
⸻
聚酯型TPU
Polyester TPU
⸻
聚碳酸酯型TPU
Polycarbonate TPU
⸻
聚醚型TPU
優勢：
• 耐水解佳
• 耐低溫佳
• 柔軟性佳
⸻
缺點：
耐油性較低。
⸻
聚酯型TPU
優勢：
• 強度高
• 耐磨佳
• 耐溶劑佳
⸻
缺點：
耐水解較差。
⸻
聚碳酸酯型TPU
優勢：
• 高耐水解
• 高耐熱
• 高耐候
⸻
缺點：
成本較高。
⸻
TPU與硬度
TPU硬度範圍極廣。
⸻
從：
Shore A 60
到：
Shore D 80
以上。
⸻
皆可設計。
⸻
TPU與耐磨性
TPU耐磨能力。
⸻
遠高於：
一般橡膠。
⸻
甚至可超越：
部分工程塑膠。
⸻
TPU與耐熱性
一般TPU：
長期耐熱約：
80–120°C。
⸻
特殊級可更高。
⸻
TPU與耐水解性
比較如下：
類型 耐水解
Polyester TPU ★★☆☆☆
Polyether TPU ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★
⸻
TPU與耐溶劑性
比較如下：
類型 耐溶劑
Polyether TPU ★★★☆☆
Polyester TPU ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★
⸻
TPU與透明性
部分TPU。
⸻
具有極高透明度。
⸻
可應用於：
• 保護膜
• 光學材料
• 手機殼
⸻
TPU與接著劑
TPU不只是塑膠。
⸻
也是重要接著樹脂。
⸻
常見於：
• 熱熔膠
• 膠膜
• 鞋材膠
⸻
TPU與鞋材
全球運動鞋中底。
⸻
大量採用：
發泡TPU。
⸻
代表案例：
知名跑鞋材料。
⸻
TPU與汽車
應用於：
• 線束保護
• 儀表板
• 防塵套
• 保護膜
⸻
TPU與醫療
應用於：
• 導管
• 血袋
• 醫療膜材
⸻
因其：
生物相容性佳。
⸻
重要數據或表格
TPU種類比較
類型 耐水解 耐磨 耐溶劑
Polyether TPU ★★★★★ ★★★★☆ ★★★☆☆
Polyester TPU ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★★
Polycarbonate TPU ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
⸻
TPU特性
性能 表現
彈性 ★★★★★
耐磨 ★★★★★
耐撕裂 ★★★★★
透明性 ★★★★☆
回收性 ★★★★★
⸻
與接著工程的關係
TPU直接影響：
Flexibility
柔韌性。
⸻
Abrasion Resistance
耐磨性。
⸻
Hydrolysis Resistance
耐水解性。
⸻
Adhesive Film Performance
膠膜性能。
⸻
Hot Melt Technology
熱熔膠技術。
⸻
Sustainable Materials
永續材料。
⸻
因此是現代高性能材料的重要平台。
⸻
鞋材案例
運動鞋中底。
⸻
利用TPU高回彈特性。
⸻
電子案例
手機保護膜。
⸻
採用透明TPU。
⸻
車用案例
漆面保護膜。
⸻
大量採用TPU基材。
⸻
常見應用
TPU Film
TPU薄膜。
⸻
Hot Melt Adhesive
熱熔膠。
⸻
Footwear
鞋材。
⸻
Automotive Film
汽車保護膜。
⸻
Medical Tubing
醫療導管。
⸻
3D Printing
3D列印材料。
⸻
相關名詞
• Soft Segment（軟鏈段）
• Hard Segment（硬鏈段）
• Chain Extender（擴鏈劑）
• Microphase Separation（微相分離）
• Thermoplastic（熱塑性）
• Polyether TPU（聚醚型TPU）
• Polyester TPU（聚酯型TPU）
• Physical Crosslink（物理交聯）
⸻
FAQ
Q1：TPU是塑膠還是橡膠？
兩者都是。
屬於熱塑性彈性體。
⸻
Q2：TPU可以回收嗎？
可以。
因為可重新熔融加工。
⸻
Q3：TPU有交聯嗎？
有物理交聯。
通常沒有永久化學交聯。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，TPU是聚氨酯家族中最成功的材料之一。
它同時兼具塑膠的加工能力與橡膠的彈性表現，並透過微相分離結構創造出極佳的綜合性能。
在許多應用中，TPU並不是最強的材料，也不是最便宜的材料。
但它往往是性能與加工性之間最平衡的選擇。
因為在高分子世界裡，真正偉大的材料，不一定是極端，而是平衡。
⸻
延伸閱讀
• Soft Segment（軟鏈段）
• Hard Segment（硬鏈段）
• Chain Extender（擴鏈劑）
• Microphase Separation（微相分離）
• Thermoplastic（熱塑性）
• Polyether TPU（聚醚型TPU）
• Polyester TPU（聚酯型TPU）
• Physical Crosslink（物理交聯）
⸻
參考文獻
1. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
2. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
3. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
4. Seymour, R.B. Thermoplastic Elastomers.
5. Polymer.
6. Progress in Polymer Science.
7. Journal of Applied Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
