Šta je termoplastični poliuretanski elastomer?
Poliuretanski elastomer je vrsta poliuretanskih sintetičkih materijala (druge varijante se odnose na poliuretansku pjenu, poliuretansko ljepilo, poliuretanski premaz i poliuretanska vlakna), a termoplastični poliuretanski elastomer je jedna od tri vrste poliuretanskih elastomera. Ljudi ga obično nazivaju TPU (druge dvije glavne vrste poliuretanskih elastomera su liveni poliuretanski elastomeri, skraćeno CPU, i miješani poliuretanski elastomeri, skraćeno MPU).
TPU je vrsta poliuretanskog elastomera koji se može plastificirati zagrijavanjem i rastvarati rastvaračem. U poređenju sa CPU i MPU, TPU ima malo ili nimalo hemijskog umrežavanja u svojoj hemijskoj strukturi. Njegov molekularni lanac je u osnovi linearan, ali postoji određena količina fizičkog umrežavanja. Ovo je termoplastični poliuretanski elastomer koji ima vrlo karakterističnu strukturu.
Struktura i klasifikacija TPU-a
Termoplastični poliuretanski elastomer je (AB) blok linearni polimer. A predstavlja polimerni poliol (ester ili polieter, molekularne težine od 1000~6000) sa visokom molekularnom težinom, nazvan dugi lanac; B predstavlja diol koji sadrži 2-12 ravnih atoma ugljika, nazvan kratki lanac.
U strukturi termoplastičnog poliuretanskog elastomera, segment A se naziva meki segment, koji ima karakteristike fleksibilnosti i mekoće, što TPU-u daje rastezljivost; uretanski lanac nastao reakcijom između segmenta B i izocijanata naziva se tvrdi segment, koji ima i kruta i tvrda svojstva. Podešavanjem odnosa segmenata A i B, dobijaju se TPU proizvodi sa različitim fizičkim i mehaničkim svojstvima.
Prema strukturi mekog segmenta, može se podijeliti na poliesterski tip, polieterski tip i butadienski tip, koji sadrže estersku grupu, etersko grupu ili butensko grupu. Prema strukturi tvrdog segmenta, može se podijeliti na uretanski tip i uretan-urea tip, koji se dobijaju od etilen-glikolnih ili diaminskih produživača lanca. Uobičajena klasifikacija je podijeljena na poliesterski i polieterski tip.
Koje su sirovine za sintezu TPU-a?
(1) Polimer diol
Makromolekularni diol s molekularnom težinom u rasponu od 500 do 4000 i bifunkcionalnim grupama, sa sadržajem od 50% do 80% u TPU elastomeru, igra odlučujuću ulogu u fizičkim i hemijskim svojstvima TPU-a.
Polimer diol pogodan za TPU elastomer može se podijeliti na poliester i polieter: poliester uključuje politetrametilen adipinsku kiselinu glikol (PBA) ε PCL, PHC; polieteri uključuju polioksipropilen eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG) itd.
(2) Diizocijanat
Molekularna težina je mala, ali funkcija je izvanredna, ne samo da igra ulogu povezivanja mekog i tvrdog segmenta, već i daje TPU-u razna dobra fizička i mehanička svojstva. Diizocijanati koji se mogu primijeniti na TPU su: metilen difenil diizocijanat (MDI), metilen bis(-4-cikloheksil izocijanat) (HMDI), p-fenildiizocijanat (PPDI), 1,5-naftalen diizocijanat (NDI), p-fenildimetil diizocijanat (PXDI), itd.
(3) Produživač lanca
Produživač lanca molekularne težine od 100~350, koji pripada diolima male molekularne težine, ima otvorenu strukturu lanca i nema supstituentsku grupu, što doprinosi postizanju visoke tvrdoće i visoke skalarne težine TPU-a. Produživači lanca pogodni za TPU uključuju 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzen (HQEE), 1,4-cikloheksandimetanol (CHDM), p-fenildimetilglikol (PXG) itd.
Modifikacijska primjena TPU-a kao sredstva za ojačavanje
Kako bi se smanjili troškovi proizvoda i postigle dodatne performanse, poliuretanski termoplastični elastomeri mogu se koristiti kao uobičajeno sredstvo za ojačavanje različitih termoplastičnih i modificiranih gumenih materijala.
Zbog svoje visoke polarnosti, poliuretan može biti kompatibilan s polarnim smolama ili gumama, kao što je klorirani polietilen (CPE), koji se može koristiti za izradu medicinskih proizvoda; Miješanje s ABS-om može zamijeniti inženjerske termoplastike; Kada se koristi u kombinaciji s polikarbonatom (PC), ima svojstva kao što su otpornost na ulje, otpornost na gorivo i otpornost na udarce, te se može koristiti za izradu karoserija automobila; Kada se kombinira s poliesterom, njegova žilavost se može poboljšati; Osim toga, može biti dobro kompatibilan s PVC-om, polioksimetilenom ili PVDC-om; Poliester poliuretan može biti dobro kompatibilan s 15% nitrilnom gumom ili 40% mješavinom nitrilne gume/PVC-a; Polieterski poliuretan također može biti dobro kompatibilan s ljepilom mješavine 40% nitrilne gume/polivinil klorida; Također može biti kokompatibilan s akrilonitril stiren (SAN) kopolimerima; Može formirati interpenetrirajuće mrežne (IPN) strukture s reaktivnim polisiloksanima. Velika većina gore navedenih miješanih ljepila već je službeno proizvedena.
Posljednjih godina, u Kini se sve više istražuje ojačavanje POM-a pomoću TPU-a. Miješanjem TPU-a i POM-a ne samo da se poboljšava otpornost na visoke temperature i mehanička svojstva TPU-a, već se i značajno ojačava POM. Neki istraživači su pokazali da je u testovima zateznog loma, u poređenju sa POM matricom, POM legura sa TPU-om prešla iz stanja krhkog loma u stanje duktilnog loma. Dodatak TPU-a također daje POM-u performanse memorije oblika. Kristalna regija POM-a služi kao fiksna faza legure s memorijom oblika, dok amorfna regija amorfnog TPU-a i POM-a služi kao reverzibilna faza. Kada je temperatura odziva oporavka 165 ℃, a vrijeme oporavka 120 sekundi, stopa oporavka legure dostiže preko 95%, a efekat oporavka je najbolji.
TPU je teško kompatibilan s nepolarnim polimernim materijalima kao što su polietilen, polipropilen, etilen propilenska guma, butadienska guma, izoprenska guma ili prah otpadne gume, te se ne može koristiti za proizvodnju kompozita s dobrim performansama. Stoga se za ovo drugo često koriste metode površinske obrade poput plazme, korona, mokre hemije, prajmera, plamena ili reaktivnog plina. Na primjer, American Air Products and Chemicals Company je izvršila površinsku obradu aktivnim plinom F2/O2 na finom prahu polietilena ultra visoke molekularne težine s molekularnom težinom od 3-5 miliona i dodala ga poliuretanskom elastomeru u omjeru od 10%, što može značajno poboljšati njegov modul savijanja, zateznu čvrstoću i otpornost na habanje. Površnska obrada aktivnim plinom F2/O2 može se primijeniti i na usmjereno izdužena kratka vlakna dužine 6-35 mm, što može poboljšati krutost i otpornost na kidanje kompozitnog materijala.
Koja su područja primjene TPU-a?
Godine 1958, Goodrich Chemical Company (sada preimenovana u Lubrizol) prvi put je registrovala TPU brend Estane. Tokom proteklih 40 godina, širom svijeta je postojalo više od 20 brendova, a svaki brend ima nekoliko serija proizvoda. Trenutno su glavni proizvođači TPU sirovina u svijetu: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, itd.
Kao odličan elastomer, TPU ima širok spektar proizvoda koji se široko koriste u svakodnevnim potrepštinama, sportskoj opremi, igračkama, dekorativnim materijalima i drugim oblastima. U nastavku je navedeno nekoliko primjera.
① Materijali za obuću
TPU se uglavnom koristi za materijale za obuću zbog svoje odlične elastičnosti i otpornosti na habanje. Proizvodi obuće koji sadrže TPU su mnogo udobniji za nošenje od običnih proizvoda obuće, pa se šire koriste u vrhunskim proizvodima obuće, posebno u nekim sportskim i ležernim cipelama.
② Crijeva
Zbog svoje mekoće, dobre zatezne čvrstoće, udarne čvrstoće i otpornosti na visoke i niske temperature, TPU crijeva se široko koriste u Kini kao crijeva za plin i ulje za mehaničku opremu kao što su avioni, tenkovi, automobili, motocikli i alatni strojevi.
③ Kabel
TPU pruža otpornost na kidanje, otpornost na habanje i karakteristike savijanja, pri čemu je otpornost na visoke i niske temperature ključna za performanse kabla. Stoga se na kineskom tržištu napredni kablovi poput kontrolnih i energetskih kablova koriste za zaštitu materijala premaza složenih dizajna kablova, a njihova primjena postaje sve raširenija.
④ Medicinski uređaji
TPU je siguran, stabilan i visokokvalitetan zamjenski materijal za PVC, koji ne sadrži ftalate i druge hemijski štetne supstance, te će migrirati u krv ili druge tekućine u medicinskom kateteru ili medicinskoj vrećici i uzrokovati nuspojave. Štaviše, posebno razvijeni TPU ekstruzijskog i injekcijskog kvaliteta može se lako koristiti uz malo otklanjanja grešaka u postojećoj PVC opremi.
⑤ Vozila i druga prevozna sredstva
Ekstrudiranjem i premazivanjem obje strane najlonske tkanine poliuretanskim termoplastičnim elastomerom, mogu se napraviti napuhani borbeni splavovi za napad i izviđački splavovi za prevoz 3-15 osoba, sa mnogo boljim performansama od vulkaniziranih gumenih napuhanih splavova; Poliuretanski termoplastični elastomer ojačan staklenim vlaknima može se koristiti za izradu komponenti karoserije kao što su oblikovani dijelovi na obje strane samog automobila, obloge vrata, branici, trake protiv trenja i rešetke.
Vrijeme objave: 10. januar 2021.