Čo je termoplastický polyuretánový elastomér?

Čo je termoplastický polyuretánový elastomér?

Polyuretánový elastomér je množstvo polyuretánových syntetických materiálov (iné odrody sa týkajú polyuretánovej peny, polyuretánového lepidla, polyuretánového povlaku a polyuretánového vlákna) a termoplastický polyuretánový elastomér je jedným z troch typov polyuretánových elastomérov, ľudia ho bežne označujú ako TPU (tzv. ďalšie dva hlavné typy polyuretánových elastomérov sú liate polyuretánové elastoméry, skrátene CPU, a zmiešaný polyuretán elastoméry, skrátene MPU).

TPU je druh polyuretánového elastoméru, ktorý možno plastifikovať zahrievaním a rozpustiť rozpúšťadlom. V porovnaní s CPU a MPU má TPU vo svojej chemickej štruktúre len malé alebo žiadne chemické zosieťovanie. Jeho molekulárny reťazec je v podstate lineárny, ale existuje určité množstvo fyzikálneho zosieťovania. Jedná sa o termoplastický polyuretánový elastomér, ktorý je svojou štruktúrou veľmi charakteristický.

Štruktúra a klasifikácia TPU

Termoplastický polyuretánový elastomér je (AB) blokový lineárny polymér. A predstavuje polymérny polyol (ester alebo polyéter, molekulová hmotnosť 1000~6000) s vysokou molekulovou hmotnosťou, nazývaný dlhý reťazec; B predstavuje diol obsahujúci 2 až 12 atómov uhlíka s priamym reťazcom, nazývaný krátky reťazec.

V štruktúre termoplastického polyuretánového elastoméru sa segment A nazýva mäkký segment, ktorý má vlastnosti pružnosti a mäkkosti, vďaka čomu má TPU rozťažnosť; Uretánový reťazec vytvorený reakciou medzi segmentom B a izokyanátom sa nazýva tvrdý segment, ktorý má pevné aj tvrdé vlastnosti. Úpravou pomeru segmentov A a B sa vyrábajú produkty TPU s rôznymi fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami.

Podľa štruktúry mäkkých segmentov sa môže rozdeliť na polyesterový typ, polyéterový typ a butadiénový typ, ktoré obsahujú esterovú skupinu, éterovú skupinu alebo buténovú skupinu. Podľa štruktúry tvrdých segmentov sa môže rozdeliť na uretánový typ a uretánmočovinový typ, ktoré sa získavajú z etylénglykolových predlžovačov reťazca alebo diamínových predlžovačov reťazca. Bežná klasifikácia je rozdelená na polyesterový typ a polyéterový typ.

Aké sú suroviny na syntézu TPU?

(1) Polymér Diol

Rozhodujúcu úlohu vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach TPU má makromolekulárny diol s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od 500 do 4000 a bifunkčnými skupinami s obsahom 50 % až 80 % v elastoméri TPU.

Polymérny diol vhodný pre TPU elastomér možno rozdeliť na polyester a polyéter: polyester zahŕňa polytetrametylénglykol kyseliny adipovej (PBA) ε PCL, PHC; Polyétery zahŕňajú polyoxypropylénéterglykol (PPG), tetrahydrofuránpolyéterglykol (PTMG) atď.

(2) Diizokyanát

Molekulová hmotnosť je malá, ale funkcia je vynikajúca, čo nielenže zohráva úlohu spojenia mäkkého a tvrdého segmentu, ale tiež dodáva TPU rôzne dobré fyzikálne a mechanické vlastnosti. Diizokyanáty použiteľné pre TPU sú: metyléndifenyldiizokyanát (MDI), metylénbis(-4-cyklohexylizokyanát) (HMDI), p-fenyldiizokyanát (PPDI), 1,5-naftaléndiizokyanát (NDI), p-fenyldimetyldiizokyanát ( PXDI) atď.

(3) Predlžovač reťaze

Predlžovač reťazca s molekulovou hmotnosťou 100 ~ 350, ktorý patrí k malomolekulárnemu diolu, s malou molekulovou hmotnosťou, štruktúrou otvoreného reťazca a bez substitučnej skupiny, prispieva k získaniu vysokej tvrdosti a vysokej skalárnej hmotnosti TPU. Predlžovače reťazca vhodné pre TPU zahŕňajú 1,4-butándiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxyetoxy)benzén (HQEE), 1,4-cyklohexándimetanol (CHDM), p-fenyldimetylglykol (PXG) atď.

Modifikácia Aplikácia TPU ako spevňujúceho činidla

Aby sa znížili náklady na produkt a získal sa dodatočný výkon, možno použiť polyuretánové termoplastické elastoméry ako bežne používané spevňovacie činidlá na spevnenie rôznych termoplastických a modifikovaných gumových materiálov.

Vďaka svojej vysokej polarite môže byť polyuretán kompatibilný s polárnymi živicami alebo gumami, ako je chlórovaný polyetylén (CPE), ktorý možno použiť na výrobu medicínskych produktov; Miešanie s ABS môže nahradiť technické termoplasty na použitie; Keď sa používa v kombinácii s polykarbonátom (PC), má vlastnosti, ako je odolnosť voči oleju, palivu a nárazu, a možno ho použiť na výrobu karosérií automobilov; V kombinácii s polyesterom je možné zlepšiť jeho húževnatosť; Okrem toho môže byť dobre kompatibilný s PVC, polyoxymetylénom alebo PVDC; Polyesterový polyuretán môže byť dobre kompatibilný so zmesou 15% nitrilkaučuku alebo 40% nitrilkaučuku/PVC; Polyéterpolyuretán môže byť tiež dobre kompatibilný s lepidlom zo zmesi 40% nitrilkaučuku/polyvinylchloridu; Môže byť tiež kokompatibilný s kopolymérmi akrylonitrilstyrénu (SAN); Môže vytvárať interpenetrujúce sieťové (IPN) štruktúry s reaktívnymi polysiloxánmi. Prevažná väčšina vyššie uvedených zmesových lepidiel je už oficiálne vyrobená.

V posledných rokoch sa v Číne neustále zvyšuje výskum spevnenia POM pomocou TPU. Zmiešanie TPU a POM nielen zlepšuje odolnosť voči vysokým teplotám a mechanické vlastnosti TPU, ale tiež výrazne spevňuje POM. Niektorí výskumníci ukázali, že pri skúškach ťahového lomu v porovnaní s POM matricou POM zliatina s TPU prešla z krehkého lomu na tvárny lom. Pridanie TPU tiež poskytuje POM výkon tvarovej pamäte. Kryštalická oblasť POM slúži ako pevná fáza zliatiny s tvarovou pamäťou, zatiaľ čo amorfná oblasť amorfného TPU a POM slúži ako reverzibilná fáza. Keď je teplota odozvy obnovy 165 ℃ a doba zotavenia je 120 sekúnd, miera zotavenia zliatiny dosiahne viac ako 95% a efekt obnovy je najlepší.

TPU je ťažko kompatibilný s nepolárnymi polymérnymi materiálmi, ako je polyetylén, polypropylén, etylénpropylénový kaučuk, butadiénový kaučuk, izoprénový kaučuk alebo odpadový kaučuk, a nemožno ho použiť na výrobu kompozitov s dobrým výkonom. Preto sa často používajú metódy povrchovej úpravy, ako je plazma, koróna, mokrá chémia, základný náter, plameň alebo reaktívny plyn. Napríklad spoločnosť American Air Products and Chemicals Company vykonala povrchovú úpravu aktívnym plynom F2/O2 na polyetylénovom jemnom prášku s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou s molekulovou hmotnosťou 3 až 5 miliónov a pridala ho do polyuretánového elastoméru v pomere 10 %, čo môže výrazne zlepšiť jeho modul pružnosti v ohybe, pevnosť v ťahu a odolnosť proti opotrebovaniu. A povrchová úprava aktívneho plynu F2/O2 môže byť aplikovaná aj na smerovo predĺžené krátke vlákna s dĺžkou 6-35 mm, čo môže zlepšiť tuhosť a odolnosť proti roztrhnutiu kompozitného materiálu.

Aké sú oblasti použitia TPU?

V roku 1958 Goodrich Chemical Company (teraz premenovaná na Lubrizol) prvýkrát zaregistrovala značku TPU Estane. Za posledných 40 rokov sa na svete objavilo viac ako 20 značiek a každá značka má niekoľko sérií produktov. V súčasnosti sú hlavnými výrobcami TPU surovín vo svete: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding atď.

Ako vynikajúci elastomér má TPU širokú škálu nadväzujúcich produktov, ktoré sú široko používané v každodennej potrebe, športovom tovare, hračkách, dekoratívnych materiáloch a iných oblastiach. Nižšie uvádzame niekoľko príkladov.

① Materiály topánok

TPU sa používa hlavne na obuvnícke materiály vďaka svojej vynikajúcej elasticite a odolnosti voči opotrebovaniu. Obuv s obsahom TPU je oveľa príjemnejšia na nosenie ako bežná obuv, takže sa vo väčšej miere používa v špičkových výrobkoch obuvi, najmä v niektorých športových topánkach a obuvi na voľný čas.

② Hadice

Vďaka svojej mäkkosti, dobrej pevnosti v ťahu, rázovej húževnatosti a odolnosti voči vysokým a nízkym teplotám sú hadice TPU v Číne široko používané ako plynové a olejové hadice pre mechanické zariadenia, ako sú lietadlá, tanky, automobily, motocykle a obrábacie stroje.

③ Kábel

TPU poskytuje odolnosť proti roztrhnutiu, opotrebeniu a ohybové vlastnosti, pričom odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám je kľúčom k výkonu kábla. Takže na čínskom trhu pokročilé káble, ako sú ovládacie káble a napájacie káble, používajú TPU na ochranu poťahových materiálov zložitých dizajnov káblov a ich aplikácie sú čoraz rozšírenejšie.

④ Zdravotnícke zariadenia

TPU je bezpečný, stabilný a kvalitný náhradný materiál PVC, ktorý nebude obsahovať ftaláty a iné chemické škodlivé látky a bude migrovať do krvi alebo iných kvapalín v lekárskom katétri alebo lekárskom vaku, čo spôsobí vedľajšie účinky. Navyše, špeciálne vyvinutý TPU na vytláčanie a vstrekovanie sa dá ľahko použiť s malým ladením v existujúcom zariadení z PVC.

⑤ Vozidlá a iné dopravné prostriedky

Vytlačením a potiahnutím oboch strán nylonovej tkaniny polyuretánovým termoplastickým elastomérom je možné vyrobiť nafukovacie bojové útočné plte a prieskumné člny s kapacitou 3 až 15 osôb s oveľa lepším výkonom ako nafukovacie člny z vulkanizovanej gumy; Polyuretánový termoplastický elastomér vystužený sklenenými vláknami možno použiť na výrobu komponentov karosérie, ako sú lisované diely na oboch stranách samotného auta, dverové plášte, nárazníky, antitrecie lišty a mriežky.