Czym jest termoplastyczny elastomer poliuretanowy?

Czym jest termoplastyczny elastomer poliuretanowy?

Elastomer poliuretanowy to odmiana syntetycznych materiałów poliuretanowych (inne odmiany to pianka poliuretanowa, klej poliuretanowy, powłoka poliuretanowa i włókno poliuretanowe), a termoplastyczny elastomer poliuretanowy to jeden z trzech typów elastomeru poliuretanowego. Ludzie powszechnie nazywają go TPU (pozostałe dwa główne typy elastomerów poliuretanowych to odlewane elastomery poliuretanowe, w skrócie CPU, oraz mieszane elastomery poliuretanowe, w skrócie MPU).

TPU to rodzaj elastomeru poliuretanowego, który można uplastycznić przez ogrzewanie i rozpuścić rozpuszczalnikiem. W porównaniu z CPU i MPU, TPU ma niewielkie lub żadne usieciowanie chemiczne w swojej strukturze chemicznej. Jego łańcuch cząsteczkowy jest zasadniczo liniowy, ale występuje pewna ilość usieciowania fizycznego. Jest to termoplastyczny elastomer poliuretanowy o bardzo charakterystycznej strukturze.

Struktura i klasyfikacja TPU

Termoplastyczny elastomer poliuretanowy jest liniowym polimerem blokowym (AB). A oznacza polimer poliol (ester lub polieter, masa cząsteczkowa 1000~6000) o dużej masie cząsteczkowej, zwany długim łańcuchem; B oznacza diol zawierający 2-12 atomów węgla w prostym łańcuchu, zwany krótkim łańcuchem.

W strukturze termoplastycznego elastomeru poliuretanowego segment A nazywany jest segmentem miękkim, który ma cechy elastyczności i miękkości, dzięki czemu TPU ma rozciągliwość; łańcuch uretanowy generowany przez reakcję między segmentem B i izocyjanianem nazywany jest segmentem twardym, który ma zarówno właściwości sztywne, jak i twarde. Poprzez dostosowanie stosunku segmentów A i B powstają produkty TPU o różnych właściwościach fizycznych i mechanicznych.

Zgodnie ze strukturą segmentu miękkiego można podzielić go na typ poliestrowy, typ polieterowy i typ butadienowy, które odpowiednio zawierają grupę estrową, grupę eterową lub grupę butenową. Zgodnie ze strukturą segmentu twardego można podzielić go na typ uretanowy i typ uretanowo-mocznikowy, które są odpowiednio otrzymywane z przedłużaczy łańcucha glikolu etylenowego lub przedłużaczy łańcucha diaminowego. Powszechna klasyfikacja dzieli się na typ poliestrowy i typ polieterowy.

Jakie są surowce do syntezy TPU?

(1) Polimer diolowy

Diol wielkocząsteczkowy o masie cząsteczkowej od 500 do 4000 i grupach bifunkcyjnych, których zawartość w elastomerze TPU wynosi od 50% do 80%, odgrywa decydującą rolę w kształtowaniu właściwości fizycznych i chemicznych TPU.

Polimer diol odpowiedni do elastomerów TPU można podzielić na poliester i polieter: poliester obejmuje politetrametylen, glikol kwasu adypinowego (PBA) ε PCL, PHC; polietery obejmują polioksypropylenowy eter glikolu (PPG), tetrahydrofuranowy polieter glikolu (PTMG) itp.

(2) Diizocyjanian

Masa cząsteczkowa jest niewielka, ale funkcja jest znakomita, nie tylko łączy segment miękki z segmentem twardym, ale także nadaje TPU różne dobre właściwości fizyczne i mechaniczne. Diizocyjaniany mające zastosowanie w TPU to: metylenodifenylodiizocyjanian (MDI), metylenobis(-4-cykloheksyloizocyjanian) (HMDI), p-fenylodiizocyjanian (PPDI), 1,5-naftalenodiizocyjanian (NDI), p-fenylodimetylodiizocyjanian (PXDI) itp.

(3) Przedłużacz łańcucha

Przedłużacz łańcucha o masie cząsteczkowej 100~350, należący do diolu o małej masie cząsteczkowej, o otwartej strukturze łańcucha i bez grupy podstawnikowej sprzyja uzyskaniu wysokiej twardości i dużej masy skalarnej TPU. Przedłużacze łańcucha odpowiednie dla TPU obejmują 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis (2-hydroksyetoksy) benzen (HQEE), 1,4-cykloheksanodimetanol (CHDM), p-fenylodimetyloglikol (PXG) itp.

Modyfikacja zastosowania TPU jako środka wzmacniającego

Aby obniżyć koszty produktu i uzyskać dodatkową wydajność, powszechnie stosowanym środkiem wzmacniającym jest poliuretanowy elastomer termoplastyczny, służący do wzmacniania różnych materiałów termoplastycznych i modyfikowanej gumy.

Ze względu na wysoką polarność poliuretan może być kompatybilny z żywicami polarnymi lub gumami, takimi jak chlorowany polietylen (CPE), który może być stosowany do produkcji produktów medycznych; Mieszanie z ABS może zastąpić tworzywa termoplastyczne do zastosowań inżynieryjnych; W połączeniu z poliwęglanem (PC) ma właściwości takie jak odporność na olej, odporność na paliwo i odporność na uderzenia i może być stosowany do produkcji nadwozi samochodowych; W połączeniu z poliestrem można poprawić jego wytrzymałość; Ponadto może być dobrze kompatybilny z PVC, polioksymetylenem lub PVDC; Poliuretan poliestrowy może być dobrze kompatybilny z 15% gumą nitrylową lub 40% mieszanką gumy nitrylowej/PVC; Polieteropoliuretan może być również dobrze kompatybilny z klejem mieszanym 40% gumy nitrylowej/polichlorku winylu; Może być również współkompatybilny z kopolimerami akrylonitrylu i styrenu (SAN); Może tworzyć struktury sieci przenikających się (IPN) z reaktywnymi polisiloksanami. Zdecydowana większość wyżej wymienionych mieszanych klejów została już oficjalnie wyprodukowana.

W ostatnich latach w Chinach prowadzono coraz więcej badań nad hartowaniem POM za pomocą TPU. Mieszanie TPU i POM nie tylko poprawia odporność na wysokie temperatury i właściwości mechaniczne TPU, ale także znacznie hartuje POM. Niektórzy badacze wykazali, że w testach pękania przy rozciąganiu, w porównaniu z matrycą POM, stop POM z TPU przeszedł z kruchego pękania do ciągliwego pękania. Dodanie TPU nadaje również POM właściwości pamięci kształtu. Krystaliczny obszar POM służy jako stała faza stopu z pamięcią kształtu, podczas gdy amorficzny obszar amorficznego TPU i POM służy jako faza odwracalna. Gdy temperatura reakcji odzyskiwania wynosi 165 ℃, a czas odzyskiwania wynosi 120 sekund, współczynnik odzyskiwania stopu osiąga ponad 95%, a efekt odzyskiwania jest najlepszy.

TPU trudno jest kompatybilizować z niepolarnymi materiałami polimerowymi, takimi jak polietylen, polipropylen, kauczuk etylenowo-propylenowy, kauczuk butadienowy, kauczuk izoprenowy lub proszek gumowy odpadowy i nie można go stosować do produkcji kompozytów o dobrej wydajności. Dlatego w tym ostatnim przypadku często stosuje się metody obróbki powierzchni, takie jak plazma, korona, chemia mokra, podkład, płomień lub gaz reaktywny. Na przykład firma American Air Products and Chemicals Company przeprowadziła obróbkę powierzchni gazem aktywnym F2/O2 na drobnocząsteczkowym proszku polietylenowym o bardzo dużej masie cząsteczkowej wynoszącej 3-5 milionów i dodała go do elastomeru poliuretanowego w proporcji 10%, co może znacznie poprawić jego moduł zginania, wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zużycie. Obróbkę powierzchni gazem aktywnym F2/O2 można również stosować do kierunkowo wydłużonych krótkich włókien o długości 6-35 mm, co może poprawić sztywność i wytrzymałość na rozdarcie materiału kompozytowego.

Jakie są obszary zastosowań TPU?

W 1958 roku Goodrich Chemical Company (obecnie Lubrizol) po raz pierwszy zarejestrowała markę TPU Estane. Przez ostatnie 40 lat na świecie istniało ponad 20 marek, a każda marka ma kilka serii produktów. Obecnie głównymi producentami surowców TPU na świecie są: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding itp.

Jako doskonały elastomer, TPU ma szeroką gamę produktów downstream, które są szeroko stosowane w artykułach codziennego użytku, artykułach sportowych, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach. Poniżej znajduje się kilka przykładów.

① Materiały obuwnicze

TPU jest głównie używany do materiałów obuwniczych ze względu na doskonałą elastyczność i odporność na zużycie. Produkty obuwnicze zawierające TPU są o wiele wygodniejsze w noszeniu niż zwykłe produkty obuwnicze, dlatego są szerzej stosowane w produktach obuwniczych wysokiej klasy, zwłaszcza w niektórych butach sportowych i codziennych.

② Węże

Ze względu na swoją miękkość, dobrą wytrzymałość na rozciąganie, odporność na uderzenia i odporność na wysokie i niskie temperatury, węże TPU są szeroko stosowane w Chinach jako węże gazowe i olejowe w sprzęcie mechanicznym, takim jak samoloty, czołgi, samochody, motocykle i obrabiarki.

③ Kabel

TPU zapewnia odporność na rozdarcie, odporność na zużycie i zginanie, przy czym odporność na wysokie i niskie temperatury jest kluczem do wydajności kabla. Tak więc na rynku chińskim zaawansowane kable, takie jak kable sterujące i kable zasilające, wykorzystują TPU do ochrony materiałów powłokowych złożonych konstrukcji kabli, a ich zastosowania stają się coraz bardziej powszechne.

④ Urządzenia medyczne

TPU to bezpieczny, stabilny i wysokiej jakości materiał zastępczy PVC, który nie zawiera ftalanu ani innych szkodliwych substancji chemicznych i będzie migrował do krwi lub innych płynów w cewniku medycznym lub worku medycznym, powodując skutki uboczne. Ponadto specjalnie opracowany stopień wytłaczania i stopień wtrysku TPU można łatwo stosować z niewielkim debugowaniem w istniejącym sprzęcie PVC.

⑤ Pojazdy i inne środki transportu

Dzięki wytłaczaniu i powlekaniu obu stron tkaniny nylonowej termoplastycznym elastomerem poliuretanowym można produkować nadmuchiwane tratwy szturmowe i tratwy rozpoznawcze, mieszczące od 3 do 15 osób, charakteryzujące się znacznie lepszymi osiągami niż tratwy nadmuchiwane z wulkanizowanej gumy. Termoplastyczny elastomer poliuretanowy wzmocniony włóknem szklanym można wykorzystywać do produkcji elementów nadwozia, takich jak formowane części po obu stronach samochodu, poszycia drzwi, zderzaki, paski antypoślizgowe i kratki wlotu powietrza.