Que é o elastómero de poliuretano termoplástico?

Que é o elastómero de poliuretano termoplástico?

O elastómero de poliuretano é unha variedade de materiais sintéticos de poliuretano (outras variedades refírense a escuma de poliuretano, adhesivo de poliuretano, revestimento de poliuretano e fibra de poliuretano), e o elastómero de poliuretano termoplástico é un dos tres tipos de elastómero de poliuretano. A xente chámase habitualmente TPU (os outros dous tipos principais de elastómeros de poliuretano son os elastómeros de poliuretano fundidos, abreviados como CPU, e os elastómeros de poliuretano mixtos, abreviados como MPU).

O TPU é un tipo de elastómero de poliuretano que se pode plastificar por quecemento e disolver con solvente. En comparación co CPU e o MPU, o TPU ten pouca ou ningunha reticulación química na súa estrutura química. A súa cadea molecular é basicamente lineal, pero hai unha certa cantidade de reticulación física. Este é o elastómero de poliuretano termoplástico cunha estrutura moi característica.

Estrutura e clasificación do TPU

O elastómero de poliuretano termoplástico é un polímero lineal de bloque (AB). A representa un poliol polimérico (éster ou poliéter, peso molecular de 1000~6000) con alto peso molecular, chamado cadea longa; B representa un diol que contén de 2 a 12 átomos de carbono de cadea lineal, chamado cadea curta.

Na estrutura do elastómero de poliuretano termoplástico, o segmento A denomínase segmento brando, que ten as características de flexibilidade e suavidade, o que fai que o TPU teña extensibilidade; a cadea de uretano xerada pola reacción entre o segmento B e o isocianato denomínase segmento duro, que ten propiedades tanto ríxidas como duras. Ao axustar a proporción dos segmentos A e B, fabrícanse produtos de TPU con diferentes propiedades físicas e mecánicas.

Segundo a estrutura do segmento brando, pódese dividir en tipo poliéster, tipo poliéter e tipo butadieno, que conteñen respectivamente un grupo éster, un grupo éter ou un grupo buteno. Segundo a estrutura do segmento duro, pódese dividir en tipo uretano e tipo uretano-urea, que se obteñen respectivamente a partir de extensores de cadea de etilenglicol ou extensores de cadea de diamina. A clasificación común divídese en tipo poliéster e tipo poliéter.

Cales son as materias primas para a síntese de TPU?

(1) Diol polimérico

O diol macromolecular cun peso molecular que oscila entre 500 e 4000 e grupos bifuncionais, cun contido do 50% ao 80% no elastómero de TPU, xoga un papel decisivo nas propiedades físicas e químicas do TPU.

O polímero diol axeitado para elastómeros de TPU pódese dividir en poliéster e poliéter: o poliéster inclúe politetrametilenoglicol de ácido adípico (PBA) ε PCL, PHC; os poliéteres inclúen polioxipropileno éter glicol (PPG), tetrahidrofurano poliéter glicol (PTMG), etc.

(2) Diisocianato

O peso molecular é pequeno pero a súa función é destacada, xa que non só conecta o segmento brando co segmento duro, senón que tamén lle confire ao TPU varias boas propiedades físicas e mecánicas. Os diisocianatos aplicables ao TPU son: diisocianato de metileno difenil (MDI), isocianato de metileno bis(-4-ciclohexilo) (HMDI), diisocianato de p-fenil (PPDI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI), diisocianato de p-fenildimetilo (PXDI), etc.

(3) Extensor de cadea

O extensor de cadea cun peso molecular de 100~350, pertencente a diols de pequeno peso molecular, estrutura de cadea aberta e sen grupo substituínte, facilita a obtención dunha alta dureza e un alto peso escalar de TPU. Os extensores de cadea axeitados para TPU inclúen 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroxietoxi)benceno (HQEE), 1,4-ciclohexanodimetanol (CHDM), p-fenildimetilglicol (PXG), etc.

Aplicación de modificación de TPU como axente endurecedor

Para reducir os custos do produto e obter un rendemento adicional, os elastómeros termoplásticos de poliuretano pódense empregar como axentes endurecedores de uso común para endurecer diversos materiais termoplásticos e de caucho modificado.

Debido á súa alta polaridade, o poliuretano pode ser compatible con resinas ou gomas polares, como o polietileno clorado (CPE), que se pode usar para fabricar produtos médicos; a mestura con ABS pode substituír os termoplásticos de enxeñaría para o seu uso; cando se usa en combinación con policarbonato (PC), ten propiedades como resistencia ao aceite, resistencia ao combustible e resistencia ao impacto, e pódese usar para fabricar carrozarías; cando se combina con poliéster, a súa tenacidade pode mellorar; ademais, pode ser ben compatible con PVC, polioximetileno ou PVDC; o poliuretano de poliéster pode ser ben compatible con goma de nitrilo ao 15 % ou mestura de goma de nitrilo/PVC ao 40 %; o poliuretano de poliéter tamén pode ser ben compatible cun adhesivo mesturado de goma de nitrilo/cloruro de polivinilo ao 40 %; tamén pode ser cocompatible con copolímeros de acrilonitrilo estireno (SAN); pode formar estruturas de rede interpenetrante (IPN) con polisiloxanos reactivos. A gran maioría dos adhesivos mesturados mencionados anteriormente xa foron producidos oficialmente.

Nos últimos anos, houbo unha crecente investigación na China sobre o endurecemento do POM mediante TPU. A mestura de TPU e POM non só mellora a resistencia a altas temperaturas e as propiedades mecánicas do TPU, senón que tamén endurece significativamente o POM. Algúns investigadores demostraron que, nas probas de fractura por tracción, en comparación coa matriz de POM, a aliaxe de POM con TPU pasou dunha fractura fráxil a unha fractura dúctil. A adición de TPU tamén dota ao POM de rendemento de memoria de forma. A rexión cristalina do POM serve como fase fixa da aliaxe con memoria de forma, mentres que a rexión amorfa do TPU e POM amorfos serve como fase reversible. Cando a temperatura de resposta de recuperación é de 165 ℃ e o tempo de recuperación é de 120 segundos, a taxa de recuperación da aliaxe alcanza máis do 95 %, e o efecto de recuperación é o mellor.

O TPU é difícil de ser compatible con materiais poliméricos non polares como o polietileno, o polipropileno, a goma de etilenopropileno, a goma de butadieno, a goma de isopreno ou o po de goma residual, e non se pode usar para producir materiais compostos con bo rendemento. Polo tanto, para estes últimos úsanse a miúdo métodos de tratamento superficial como plasma, corona, química húmida, imprimación, chama ou gas reactivo. Por exemplo, a American Air Products and Chemicals Company levou a cabo un tratamento superficial con gas activo F2/O2 en po fino de polietileno de peso molecular ultraalto cun peso molecular de 3-5 millóns, e engadiuno a elastómero de poliuretano nunha proporción do 10 %, o que pode mellorar significativamente o seu módulo de flexión, resistencia á tracción e resistencia ao desgaste. E o tratamento superficial con gas activo F2/O2 tamén se pode aplicar ás fibras curtas direccionalmente alongadas cunha lonxitude de 6-35 mm, o que pode mellorar a rixidez e a resistencia ao desgarro do material composto.

Cales son as áreas de aplicación do TPU?

En 1958, Goodrich Chemical Company (agora renomeada Lubrizol) rexistrou por primeira vez a marca de TPU Estane. Nos últimos 40 anos, houbo máis de 20 marcas en todo o mundo, e cada marca ten varias series de produtos. Na actualidade, os principais fabricantes de materias primas de TPU no mundo son: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Como excelente elastómero, o TPU ten unha ampla gama de produtos derivados, que se empregan amplamente en artigos de primeira necesidade, artigos deportivos, xoguetes, materiais decorativos e outros campos. A continuación móstranse algúns exemplos.

① Materiais para calzado

O TPU úsase principalmente para materiais de calzado debido á súa excelente elasticidade e resistencia ao desgaste. Os produtos de calzado que conteñen TPU son moito máis cómodos de usar que os produtos de calzado normais, polo que se usan máis amplamente en produtos de calzado de alta gama, especialmente nalgúns calzado deportivo e calzado informal.

② Mangueiras

Debido á súa suavidade, boa resistencia á tracción, resistencia ao impacto e resistencia a altas e baixas temperaturas, as mangueiras de TPU úsanse amplamente na China como mangueiras de gas e petróleo para equipos mecánicos como avións, tanques, automóbiles, motocicletas e máquinas-ferramenta.

③ Cable

O TPU ofrece resistencia ao rasgamento, ao desgaste e ás características de flexión, sendo a resistencia a altas e baixas temperaturas a clave para o rendemento dos cables. Polo tanto, no mercado chinés, os cables avanzados, como os cables de control e os cables de alimentación, empregan TPU para protexer os materiais de revestimento de deseños de cables complexos, e as súas aplicacións son cada vez máis estendidas.

④ Dispositivos médicos

O TPU é un material substitutivo do PVC seguro, estable e de alta calidade, que non contén ftalatos nin outras substancias químicas nocivas, e que migra ao sangue ou a outros líquidos do catéter médico ou da bolsa médica, causando efectos secundarios. Ademais, o TPU de grao de extrusión e grao de inxección especialmente desenvolvido pódese usar facilmente con algo de depuración nos equipos de PVC existentes.

⑤ Vehículos e outros medios de transporte

Ao extruir e revestir ambos os lados do tecido de nailon con elastómero termoplástico de poliuretano, pódense fabricar balsas inflables de ataque e recoñecemento con capacidade para 3-15 persoas, cun rendemento moito mellor que as balsas inflables de goma vulcanizada; O elastómero termoplástico de poliuretano reforzado con fibra de vidro pódese usar para fabricar compoñentes da carrozaría, como pezas moldeadas en ambos os lados do propio coche, revestimentos de portas, parachoques, tiras antifricción e grellas.