Što je termoplastični poliuretanski elastomer?
Poliuretanski elastomer je vrsta poliuretanskih sintetičkih materijala (druge vrste odnose se 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 lijevani poliuretanski elastomeri, skraćeno CPU, i miješani poliuretanski elastomeri, skraćeno MPU).
TPU je vrsta poliuretanskog elastomera koji se može plastificirati zagrijavanjem i otopiti otapalom. U usporedbi s CPU-om i MPU-om, TPU ima malo ili nimalo kemijskog umrežavanja u svojoj kemijskoj strukturi. Njegov molekularni lanac je u osnovi linearan, ali postoji određena količina fizičkog umrežavanja. Ovo je termoplastični poliuretanski elastomer vrlo karakteristične strukture.
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) s 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 naziva se 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 omjera segmenata A i B, izrađuju se TPU proizvodi s različitim fizičkim i mehaničkim svojstvima.
Prema strukturi mekog segmenta, može se podijeliti na poliesterski tip, polieterski tip i butadienski tip, koji sadrže estersku skupinu, etersko skupinu ili butensko skupinu. Prema strukturi tvrdog segmenta, može se podijeliti na uretanski tip i uretan-urea tip, koji se dobivaju od etilen-glikolnih ili diaminskih produživača lanca. Uobičajena klasifikacija je podijeljena na poliesterski tip 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 skupinama, s udjelom od 50% do 80% u TPU elastomeru, igra odlučujuću ulogu u fizikalnim i kemijskim 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 fizikalna 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 s molekularnom težinom od 100~350, koji pripada diolu male molekularne težine, ima otvorenu strukturu lanca i nema supstituentsku skupinu, što pogoduje postizanju visoke tvrdoće i visoke skalarne težine TPU-a. Produživači lanca prikladni 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 učvršćivanje
Kako bi se smanjili troškovi proizvoda i postigle dodatne performanse, poliuretanski termoplastični elastomeri mogu se koristiti kao uobičajeno sredstvo za učvršćivanje za učvršćivanje različitih termoplastičnih i modificiranih gumenih materijala.
Zbog svoje visoke polarnosti, poliuretan može biti kompatibilan s polarnim smolama ili gumama, poput kloriranog polietilena (CPE), koji se mogu koristiti za izradu medicinskih proizvoda; Miješanje s ABS-om može zamijeniti inženjerske termoplastike; Kada se koristi u kombinaciji s polikarbonatom (PC), ima svojstva poput otpornosti na ulje, otpornosti na gorivo i otpornosti 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 od 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 spomenutih miješanih ljepila već je službeno proizvedena.
Posljednjih godina u Kini se sve više istražuje ojačavanje POM-a pomoću TPU-a. Miješanje TPU-a i POM-a ne samo da poboljšava otpornost na visoke temperature i mehanička svojstva TPU-a, već i značajno ojačava POM. Neki istraživači su pokazali da je u testovima vlačnog loma, u usporedbi s POM matricom, POM legura s TPU-om prešla iz krhkog loma u duktilni lom. Dodatak TPU-a također daje POM-u svojstva memorije oblika. Kristalno područje POM-a služi kao fiksna faza legure s memorijom oblika, dok amorfno područje amorfnog TPU-a i POM-a služi kao reverzibilna faza. Kada je temperatura odziva oporavka 165 ℃, a vrijeme oporavka 120 sekundi, stopa oporavka legure doseže preko 95%, a učinak 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 potonje često koriste metode površinske obrade poput plazme, korona, mokre kemije, primera, plamena ili reaktivnog plina. Na primjer, tvrtka American Air Products and Chemicals Company provela je površinsku obradu aktivnim plinom F2/O2 na finom prahu polietilena ultra visoke molekularne težine s molekularnom težinom od 3-5 milijuna i dodala ga poliuretanskom elastomeru u omjeru od 10%, što može značajno poboljšati njegov modul savijanja, vlačnu čvrstoću i otpornost na habanje. Površinska obrada aktivnim plinom F2/O2 može se primijeniti i na usmjereno izdužena kratka vlakna duljine 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 je put registrirala TPU marku Estane. Tijekom proteklih 40 godina, diljem svijeta postojalo je više od 20 robnih marki, a svaka marka ima nekoliko serija proizvoda. Trenutno su glavni proizvođači TPU sirovina u svijetu: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding itd.
Kao izvrstan elastomer, TPU ima širok raspon proizvoda koji se široko koriste u svakodnevnim potrepštinama, sportskoj opremi, igračkama, ukrasnim materijalima i drugim područjima. U nastavku je nekoliko primjera.
① Materijali za obuću
TPU se uglavnom koristi za materijale za obuću zbog svoje izvrsne elastičnosti i otpornosti na habanje. Proizvodi obuće koji sadrže TPU mnogo su udobniji za nošenje od običnih proizvoda obuće, pa se šire koriste u vrhunskim proizvodima obuće, posebno nekim sportskim cipelama i ležernim cipelama.
② Crijeva
Zbog svoje mekoće, dobre vlačne 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 poput zrakoplova, tenkova, automobila, motocikala i alatnih strojeva.
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 kabela. Stoga se na kineskom tržištu napredni kabeli poput kontrolnih i energetskih kabela koriste za zaštitu materijala premaza složenih kabelskih dizajna, 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 kemijski štetne tvari te će migrirati u krv ili druge tekućine u medicinskom kateteru ili medicinskoj vrećici uzrokujući nuspojave. Štoviše, posebno razvijeni TPU ekstruzijske i injekcijske kvalitete može se lako koristiti uz malo otklanjanja pogrešaka u postojećoj PVC opremi.
⑤ Vozila i druga prijevozna sredstva
Ekstrudiranjem i premazivanjem obje strane najlonske tkanine poliuretanskim termoplastičnim elastomerom mogu se izraditi napuhani borbeni splavi za napad i izviđački splavi za prijevoz 3-15 osoba, s puno boljim performansama od vulkaniziranih gumenih napuhanih splavi; 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. siječnja 2021.