Què és l'elastòmer de poliuretà termoplàstic?

Què és l'elastòmer de poliuretà termoplàstic?

L'elastòmer de poliuretà és una varietat de materials sintètics de poliuretà (altres varietats es refereixen a escuma de poliuretà, adhesiu de poliuretà, recobriment de poliuretà i fibra de poliuretà), i l'elastòmer de poliuretà termoplàstic és un dels tres tipus d'elastòmer de poliuretà. La gent s'hi anomena comunament TPU (els altres dos tipus principals d'elastòmers de poliuretà són els elastòmers de poliuretà fosos, abreujats com a CPU, i els elastòmers de poliuretà mixtos, abreujats com a MPU).

El TPU és un tipus d'elastòmer de poliuretà que es pot plastificar escalfant-lo i dissoldre amb dissolvent. En comparació amb la CPU i la MPU, el TPU té poca o cap reticulació química en la seva estructura química. La seva cadena molecular és bàsicament lineal, però hi ha una certa quantitat de reticulació física. Aquest és l'elastòmer de poliuretà termoplàstic que té una estructura molt característica.

Estructura i classificació del TPU

L'elastòmer de poliuretà termoplàstic és un polímer lineal de bloc (AB). A representa un polímer poliol (èster o polièter, pes molecular de 1000~6000) amb un pes molecular elevat, anomenat cadena llarga; B representa un diol que conté de 2 a 12 àtoms de carboni de cadena lineal, anomenat cadena curta.

En l'estructura de l'elastòmer de poliuretà termoplàstic, el segment A s'anomena segment tou, que té les característiques de flexibilitat i suavitat, cosa que fa que el TPU tingui extensibilitat; la cadena d'uretà generada per la reacció entre el segment B i l'isocianat s'anomena segment dur, que té propietats tant rígides com dures. Ajustant la proporció dels segments A i B, es fabriquen productes de TPU amb diferents propietats físiques i mecàniques.

Segons l'estructura del segment tou, es pot dividir en tipus polièster, tipus polièter i tipus butadiè, que contenen respectivament un grup èster, un grup èter o un grup butè. Segons l'estructura del segment dur, es pot dividir en tipus uretà i tipus uretà-urea, que s'obtenen respectivament a partir d'extensors de cadena d'etilenglicol o extensors de cadena de diamina. La classificació comuna es divideix en tipus polièster i tipus polièter.

Quines són les matèries primeres per a la síntesi de TPU?

(1) Diol polimèric

El diol macromolecular amb un pes molecular que oscil·la entre 500 i 4000 i grups bifuncionals, amb un contingut del 50% al 80% en elastòmer de TPU, juga un paper decisiu en les propietats físiques i químiques del TPU.

El polímer diol adequat per a l'elastòmer TPU es pot dividir en polièster i polièter: el polièster inclou politetrametilè, àcid adípic glicol (PBA) ε PCL, PHC; els polièters inclouen polioxipropilèter glicol (PPG), tetrahidrofuran polieter glicol (PTMG), etc.

(2) Diisocianat

El pes molecular és petit però la funció és excel·lent, que no només juga el paper de connectar el segment tou i el segment dur, sinó que també dota el TPU de diverses bones propietats físiques i mecàniques. Els diisocianats aplicables al TPU són: diisocianat de metilè difenil (MDI), isocianat de metilè bis (-4-ciclohexil) (HMDI), p-fenildiisocianat (PPDI), diisocianat d'1,5-naftalè (NDI), diisocianat de p-fenildimetil (PXDI), etc.

(3) Extensor de cadena

L'extensor de cadena amb un pes molecular de 100~350, que pertany al diol de pes molecular petit, pes molecular petit, estructura de cadena oberta i sense grup substituent, és propici per obtenir una alta duresa i un alt pes escalar de TPU. Els extensors de cadena adequats per a TPU inclouen 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroxietoxi)benzè (HQEE), 1,4-ciclohexandimetanol (CHDM), p-fenildimetilglicol (PXG), etc.

Aplicació de modificació de TPU com a agent enduridor

Per tal de reduir els costos del producte i obtenir un rendiment addicional, els elastòmers termoplàstics de poliuretà es poden utilitzar com a agents enduridors habituals per endurir diversos materials termoplàstics i de cautxú modificat.

A causa de la seva alta polaritat, el poliuretà pot ser compatible amb resines o cautxús polars, com el polietilè clorat (CPE), que es pot utilitzar per fabricar productes mèdics; la barreja amb ABS pot substituir els termoplàstics d'enginyeria per al seu ús; quan s'utilitza en combinació amb policarbonat (PC), té propietats com ara resistència a l'oli, resistència al combustible i resistència a l'impacte, i es pot utilitzar per fabricar carrosseries de cotxes; quan es combina amb polièster, es pot millorar la seva resistència; a més, pot ser compatible amb PVC, polioximetilè o PVDC; el poliuretà de polièster pot ser compatible amb una barreja de cautxú de nitril al 15% o de cautxú de nitril/PVC al 40%; el poliuretà de polièter també pot ser compatible amb un adhesiu de barreja de cautxú de nitril/clorur de polivinil al 40%; també pot ser cocompatible amb copolímers d'acrilonitril estirè (SAN); pot formar estructures de xarxa interpenetrant (IPN) amb polisiloxans reactius. La gran majoria dels adhesius barrejats esmentats anteriorment ja s'han produït oficialment.

En els darrers anys, hi ha hagut una creixent investigació sobre l'enduriment del POM mitjançant TPU a la Xina. La barreja de TPU i POM no només millora la resistència a altes temperatures i les propietats mecàniques del TPU, sinó que també endureix significativament el POM. Alguns investigadors han demostrat que en proves de fractura per tracció, en comparació amb la matriu POM, l'aliatge de POM amb TPU ha passat de fractura fràgil a fractura dúctil. L'addició de TPU també dota el POM de rendiment de memòria de forma. La regió cristal·lina del POM serveix com a fase fixa de l'aliatge amb memòria de forma, mentre que la regió amorfa del TPU amorf i el POM serveix com a fase reversible. Quan la temperatura de resposta de recuperació és de 165 ℃ i el temps de recuperació és de 120 segons, la taxa de recuperació de l'aliatge arriba a més del 95% i l'efecte de recuperació és el millor.

El TPU és difícil de ser compatible amb materials polimèrics no polars com el polietilè, el polipropilè, el cautxú d'etilè propilè, el cautxú de butadiè, el cautxú d'isoprè o la pols de cautxú de rebuig, i no es pot utilitzar per produir compostos amb un bon rendiment. Per tant, sovint s'utilitzen mètodes de tractament superficial com ara plasma, corona, química humida, imprimació, flama o gas reactiu per a aquests últims. Per exemple, l'American Air Products and Chemicals Company ha dut a terme un tractament superficial amb gas actiu F2/O2 en pols fina de polietilè de pes molecular ultra alt amb un pes molecular de 3-5 milions, i l'ha afegit a l'elastòmer de poliuretà en una proporció del 10%, cosa que pot millorar significativament el seu mòdul de flexió, resistència a la tracció i resistència al desgast. I el tractament superficial amb gas actiu F2/O2 també es pot aplicar a les fibres curtes allargades direccionalment amb una longitud de 6-35 mm, cosa que pot millorar la rigidesa i la resistència a l'esquinçament del material compost.

Quines són les àrees d'aplicació del TPU?

El 1958, Goodrich Chemical Company (ara rebatejada com a Lubrizol) va registrar per primera vegada la marca TPU Estane. Durant els darrers 40 anys, hi ha hagut més de 20 marques a tot el món, i cada marca té diverses sèries de productes. Actualment, els principals fabricants de matèries primeres de TPU al món són: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Com a excel·lent elastòmer, el TPU té una àmplia gamma de productes derivats, que s'utilitzen àmpliament en articles de primera necessitat, articles esportius, joguines, materials decoratius i altres camps. A continuació es mostren alguns exemples.

① Materials de calçat

El TPU s'utilitza principalment per a materials de calçat a causa de la seva excel·lent elasticitat i resistència al desgast. Els productes de calçat que contenen TPU són molt més còmodes de portar que els productes de calçat normals, per la qual cosa s'utilitzen més àmpliament en productes de calçat d'alta gamma, especialment algunes sabates esportives i sabates informals.

② Mànegues

A causa de la seva suavitat, bona resistència a la tracció, resistència a l'impacte i resistència a temperatures altes i baixes, les mànegues de TPU s'utilitzen àmpliament a la Xina com a mànegues de gas i petroli per a equips mecànics com ara avions, tancs, automòbils, motocicletes i màquines-eina.

③ Cable

El TPU proporciona resistència a l'esquinçament, resistència al desgast i característiques de flexió, sent la resistència a altes i baixes temperatures la clau del rendiment del cable. Així, al mercat xinès, els cables avançats, com ara els cables de control i els cables d'alimentació, utilitzen TPU per protegir els materials de recobriment de dissenys de cables complexos, i les seves aplicacions són cada cop més esteses.

④ Dispositius mèdics

El TPU és un material substitutiu del PVC segur, estable i d'alta qualitat, que no conté ftalats ni altres substàncies químiques nocives, i migrarà a la sang o altres líquids del catèter mèdic o de la bossa mèdica i causarà efectes secundaris. A més, el TPU de grau d'extrusió i d'injecció especialment desenvolupat es pot utilitzar fàcilment amb una mica de depuració en els equips de PVC existents.

⑤ Vehicles i altres mitjans de transport

Extruint i recobrint els dos costats de la tela de niló amb elastòmer termoplàstic de poliuretà, es poden fabricar basses inflables d'atac de combat i basses de reconeixement amb capacitat per a 3-15 persones, amb un rendiment molt millor que les basses inflables de cautxú vulcanitzat; L'elastòmer termoplàstic de poliuretà reforçat amb fibra de vidre es pot utilitzar per fabricar components de la carrosseria com ara peces emmotllades a banda i banda del cotxe, revestiments de portes, para-xocs, tires antifricció i reixetes.