Čo je termoplastický polyuretánový elastomér?

Čo je termoplastický polyuretánový elastomér?

Polyuretánový elastomér je rôznorodý typ polyuretánových syntetických materiálov (iné varianty sa označujú ako polyuretánová pena, polyuretánové lepidlo, polyuretánový povlak a polyuretánové vlákno) a termoplastický polyuretánový elastomér je jedným z troch typov polyuretánových elastomérov. Ľudia ho bežne označujú ako TPU (ďalšie dva hlavné typy polyuretánových elastomérov sú liate polyuretánové elastoméry, skrátene CPU, a zmiešané polyuretánové elastoméry, skrátene MPU).

TPU je druh polyuretánového elastoméru, ktorý sa dá zmäkčiť zahrievaním a rozpustiť rozpúšťadlom. V porovnaní s CPU a MPU má TPU vo svojej chemickej štruktúre málo alebo žiadne chemické zosieťovanie. Jeho molekulárny reťazec je v podstate lineárny, ale existuje určité množstvo fyzického zosieťovania. Ide o termoplastický polyuretánový elastomér s veľmi charakteristickou štruktúrou.

Štruktúra a klasifikácia TPU

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

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

Podľa štruktúry mäkkých segmentov sa delí na polyesterový typ, polyéterový typ a butadiénový typ, ktoré obsahujú esterovú skupinu, éterovú skupinu alebo buténovú skupinu. Podľa štruktúry tvrdých segmentov sa delí na uretánový typ a uretán-močovinový typ, ktoré sa získavajú z etylénglykolových alebo diamínových predlžovačov reťazca. Bežná klasifikácia sa delí na polyesterový typ a polyéterový typ.

Aké sú suroviny na syntézu TPU?

(1) Polymérny diol

Makromolekulárny diol s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od 500 do 4000 a bifunkčné skupiny s obsahom 50 % až 80 % v TPU elastoméri zohráva rozhodujúcu úlohu vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach TPU.

Polymér diol vhodný pre TPU elastomér možno rozdeliť na polyester a polyéter: polyester zahŕňa polytetrametylén adipový glykol (PBA), ε PCL, PHC; polyétery zahŕňajú polyoxypropylénéter glykol (PPG), tetrahydrofuránpolyéter glykol (PTMG) atď.

(2) Diizokyanát

Molekulová hmotnosť je malá, ale funkcia je vynikajúca, nielenže zohráva úlohu spojenia mäkkého a tvrdého segmentu, ale tiež dodáva TPU rôzne dobré fyzikálne a mechanické vlastnosti. Diizokyanáty vhodné 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 až 350, patriaci k nízkomolekulárnym diolom, s malou molekulovou hmotnosťou, otvorenou štruktúrou reťazca a bez substituentnej skupiny, prispieva k dosiahnutiu vysokej tvrdosti a vysokej skalárnej hmotnosti TPU. Medzi vhodné predlžovače reťazca pre TPU patria 1,4-butándiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxyetoxy)benzén (HQEE), 1,4-cyklohexándimetanol (CHDM), p-fenyldimetylglykol (PXG) atď.

Modifikačná aplikácia TPU ako spevňujúceho činidla

Aby sa znížili náklady na výrobok a dosiahol sa dodatočný výkon, polyuretánové termoplastické elastoméry sa môžu používať 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 kaučukmi, ako je chlórovaný polyetylén (CPE), ktoré sa môžu použiť na výrobu zdravotníckych produktov; zmiešaním s ABS môže nahradiť technické termoplasty; pri použití v kombinácii s polykarbonátom (PC) má vlastnosti, ako je odolnosť voči olejom, odolnosť voči palivám a odolnosť voči nárazom, a môže sa použiť na výrobu karosérií automobilov; pri kombinácii s polyesterom sa môže zlepšiť jeho húževnatosť; okrem toho môže byť dobre kompatibilný s PVC, polyoxymetylénom alebo PVDC; polyesterový polyuretán môže byť dobre kompatibilný s 15 % nitrilovým kaučukom alebo 40 % zmesou nitrilového kaučuku/PVC; polyéterový polyuretán môže byť tiež dobre kompatibilný so zmesovým lepidlom 40 % nitrilového kaučuku/polyvinylchloridu; môže byť tiež kompatibilný s kopolymérmi akrylonitril-styrénu (SAN); môže tvoriť štruktúry interpenetračnej siete (IPN) s reaktívnymi polysiloxánmi. Prevažná väčšina vyššie uvedených zmesových lepidiel už bola oficiálne vyrobená.

V posledných rokoch sa v Číne čoraz viac skúma spevňovanie POM pomocou TPU. Zmes TPU a POM nielen zlepšuje odolnosť voči vysokým teplotám a mechanické vlastnosti TPU, ale tiež výrazne spevňuje POM. Niektorí výskumníci preukázali, že v testoch ťahového lomu v porovnaní s matricou POM prešla zliatina POM s TPU z krehkého lomu na tvárny lom. Pridanie TPU tiež dodáva POM tvarovú pamäť. Kryštalická oblasť POM slúži ako fixná fáza zliatiny s tvarovou pamäťou, zatiaľ čo amorfná oblasť amorfného TPU a POM slúži ako reverzibilná fáza. Keď je teplota odozvy na zotavenie 165 ℃ a čas zotavenia je 120 sekúnd, miera zotavenia zliatiny dosahuje viac ako 95 % a účinok zotavenia je najlepší.

TPU je ťažko kompatibilný s nepolárnymi polymérnymi materiálmi, ako je polyetylén, polypropylén, etylénpropylénový kaučuk, butadiénový kaučuk, izoprénový kaučuk alebo odpadový gumový prášok, a preto sa nedá použiť na výrobu kompozitov s dobrým výkonom. Preto sa na tieto účely 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 jemnom prášku polyetylénu s ultravysokou molekulovou hmotnosťou s molekulovou hmotnosťou 3 – 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. Povrchová úprava aktívnym plynom F2/O2 sa môže aplikovať 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 spoločnosť Goodrich Chemical Company (teraz premenovaná na Lubrizol) prvýkrát zaregistrovala značku TPU Estane. Za posledných 40 rokov existovalo po celom svete viac ako 20 značiek a každá značka má niekoľko produktových radov. V súčasnosti sú hlavnými výrobcami surovín TPU na svete: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding atď.

Ako vynikajúci elastomér má TPU širokú škálu následných produktov, ktoré sa široko používajú v každodenných potrebách, športovom tovare, hračkách, dekoratívnych materiáloch a ďalších oblastiach. Nižšie uvádzame niekoľko príkladov.

① Materiály obuvi

TPU sa používa hlavne na výrobu obuvi vďaka svojej vynikajúcej elasticite a odolnosti proti opotrebovaniu. Obuv obsahujúca TPU je oveľa pohodlnejšia na nosenie ako bežná obuv, preto sa častejšie používa v luxusnej obuvi, najmä v niektorých športových a ležérnych topánkach.

② Hadice

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

③ Kábel

TPU poskytuje odolnosť proti roztrhnutiu, odolnosť proti opotrebovaniu a ohybu, pričom kľúčom k výkonu kábla je odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám. Na čínskom trhu sa preto v moderných kábloch, ako sú ovládacie káble a silové káble, používa TPU na ochranu povrchových materiálov zložitých káblových konštrukcií a ich aplikácie sa čoraz viac rozširujú.

④ Zdravotnícke pomôcky

TPU je bezpečný, stabilný a vysoko kvalitný náhradný materiál PVC, ktorý neobsahuje ftaláty ani iné chemické škodlivé látky a preniká do krvi alebo iných tekutín v lekárskom katétri alebo lekárskom vrecku, čo spôsobuje vedľajšie účinky. Okrem toho sa špeciálne vyvinutý TPU extrúznej a vstrekovacej triedy dá s trochou úprav ľahko použiť v existujúcich PVC zariadeniach.

⑤ Vozidlá a iné dopravné prostriedky

Extrúziou a potiahnutím oboch strán nylonovej tkaniny polyuretánovým termoplastickým elastomérom je možné vyrobiť nafukovacie bojové útočné člny 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 sa môže použiť na výrobu karosárskych komponentov, ako sú lisované diely na oboch stranách samotného vozidla, kryty dverí, nárazníky, antikorozívne pásy a mriežky.