Kaj je termoplastični poliuretanski elastomer?

Kaj je termoplastični poliuretanski elastomer?

Poliuretanski elastomer je vrsta poliuretanskih sintetičnih materialov (druge vrste se nanašajo na poliuretansko peno, poliuretansko lepilo, poliuretanski premaz in poliuretanska vlakna), termoplastični poliuretanski elastomer pa je ena od treh vrst poliuretanskih elastomerov. Ljudje ga običajno imenujejo TPU (drugi dve glavni vrsti poliuretanskih elastomerov sta liti poliuretanski elastomeri, skrajšano CPU, in mešani poliuretanski elastomeri, skrajšano MPU).

TPU je vrsta poliuretanskega elastomera, ki ga je mogoče plastificirati s segrevanjem in raztopiti v topilu. V primerjavi s CPU in MPU ima TPU v svoji kemijski strukturi malo ali nič kemičnega zamreženja. Njegova molekularna veriga je v osnovi linearna, vendar obstaja določena stopnja fizičnega zamreženja. To je termoplastični poliuretanski elastomer z zelo značilno strukturo.

Struktura in klasifikacija TPU

Termoplastični poliuretanski elastomer je (AB) blokovni linearni polimer. A predstavlja polimerni poliol (ester ali polieter, molekulska masa 1000~6000) z visoko molekulsko maso, imenovan dolgoverižni; B predstavlja diol z 2-12 ravnimi ogljikovimi atomi, imenovan kratkoverižni.

V strukturi termoplastičnega poliuretanskega elastomera se segment A imenuje mehki segment, ki ima lastnosti prožnosti in mehkobe, zaradi česar je TPU raztegljiv; uretanska veriga, ki nastane z reakcijo med segmentom B in izocianatom, se imenuje trdi segment, ki ima tako toge kot trde lastnosti. Z uravnavanjem razmerja segmentov A in B se izdelajo izdelki TPU z različnimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi.

Glede na strukturo mehkih segmentov jih lahko razdelimo na poliestrski, polieterski in butadienski tip, ki vsebujejo estrsko, etrsko ali butensko skupino. Glede na strukturo trdih segmentov jih lahko razdelimo na uretanski in uretansko-sečninski tip, ki se pridobivajo iz etilen glikolnih oziroma diaminskih podaljševalnikov verige. Splošna razvrstitev je poliestrski in polieterski tip.

Katere so surovine za sintezo TPU?

(1) Polimerni diol

Makromolekularni diol z molekulsko maso od 500 do 4000 in bifunkcionalnimi skupinami, z vsebnostjo od 50 % do 80 % v TPU elastomeru, igra odločilno vlogo pri fizikalnih in kemijskih lastnostih TPU.

Polimerni diol, primeren za TPU elastomer, lahko razdelimo na poliester in polieter: poliester vključuje politetrametilen adipinsko kislino glikol (PBA), ε PCL, PHC; polietri vključujejo polioksipropilen eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG) itd.

(2) Diizocianat

Molekulska masa je majhna, vendar je funkcija izjemna, saj ne le povezuje mehki in trdi segment, temveč daje TPU tudi različne dobre fizikalne in mehanske lastnosti. Diizocianati, ki se uporabljajo za TPU, so: metilen difenil diizocianat (MDI), metilen bis(-4-cikloheksil izocianat) (HMDI), p-fenildiizocianat (PPDI), 1,5-naftalen diizocianat (NDI), p-fenildimetil diizocianat (PXDI) itd.

(3) Podaljšek verige

Podaljšek verige z molekulsko maso 100~350, ki spada v skupino diolov z majhno molekulsko maso, ima odprto verižno strukturo in nima substituentov, kar prispeva k visoki trdoti in visoki skalarni masi TPU. Podaljšek verige, primeren za TPU, vključuje 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzen (HQEE), 1,4-cikloheksandimetanol (CHDM), p-fenildimetilglikol (PXG) itd.

Modifikacijska uporaba TPU kot sredstva za utrjevanje

Da bi zmanjšali stroške izdelkov in dosegli dodatno zmogljivost, se lahko poliuretanski termoplastični elastomeri uporabljajo kot pogosto uporabljena sredstva za utrjevanje različnih termoplastičnih in modificiranih gumijastih materialov.

Zaradi visoke polarnosti je poliuretan lahko združljiv s polarnimi smolami ali gumami, kot je klorirani polietilen (CPE), ki se lahko uporablja za izdelavo medicinskih izdelkov; mešanje z ABS lahko nadomesti inženirske termoplastike; v kombinaciji s polikarbonatom (PC) ima lastnosti, kot so odpornost na olje, odpornost na gorivo in odpornost na udarce, in se lahko uporablja za izdelavo karoserij avtomobilov; v kombinaciji s poliestrom se lahko izboljša njegova žilavost; poleg tega je lahko dobro združljiv s PVC, polioksimetilenom ali PVDC; poliestrski poliuretan je lahko dobro združljiv s 15 % nitrilne gume ali 40 % mešanico nitrilne gume/PVC; polieterski poliuretan je lahko dobro združljiv tudi z lepilom iz 40 % nitrilne gume/polivinilklorida; lahko je tudi sokompatibilen s kopolimeri akrilonitril stirena (SAN); z reaktivnimi polisiloksani lahko tvori medsebojno prežemajoče se mrežne strukture (IPN). Velika večina zgoraj omenjenih mešanih lepil je že uradno proizvedena.

V zadnjih letih se na Kitajskem vse bolj raziskuje kaljenje POM s TPU. Mešanje TPU in POM ne le izboljša odpornost na visoke temperature in mehanske lastnosti TPU, temveč tudi znatno poveča kaljenje POM. Nekateri raziskovalci so pokazali, da je v testih nateznega loma zlitina POM s TPU v primerjavi z matriko POM prešla iz krhkega v duktilni lom. Dodatek TPU daje POM tudi spominski učinek. Kristalno območje POM služi kot fiksna faza zlitine s spominskim učinkom, medtem ko amorfno območje amorfnega TPU in POM služi kot reverzibilna faza. Ko je temperatura odziva okrevanja 165 ℃ in čas okrevanja 120 sekund, stopnja okrevanja zlitine doseže več kot 95 %, učinek okrevanja pa je najboljši.

TPU je težko združljiv z nepolarnimi polimernimi materiali, kot so polietilen, polipropilen, etilen propilenski kavčuk, butadienski kavčuk, izoprenski kavčuk ali odpadni gumijasti prah, zato ga ni mogoče uporabiti za izdelavo kompozitov z dobrimi lastnostmi. Zato se za slednje pogosto uporabljajo metode površinske obdelave, kot so plazma, korona, mokra kemija, temeljni premaz, plamen ali reaktivni plin. Na primer, podjetje American Air Products and Chemicals je izvedlo površinsko obdelavo z aktivnim plinom F2/O2 na finem polietilenu ultra visoke molekulske mase z molekulsko maso 3-5 milijonov in ga dodalo poliuretanskemu elastomeru v razmerju 10 %, kar lahko znatno izboljša njegov upogibni modul, natezno trdnost in odpornost proti obrabi. Površinska obdelava z aktivnim plinom F2/O2 se lahko uporabi tudi na usmerjeno podolgovatih kratkih vlaknih dolžine 6-35 mm, kar lahko izboljša togost in odpornost proti trganju kompozitnega materiala.

Katera so področja uporabe TPU?

Leta 1958 je podjetje Goodrich Chemical Company (zdaj preimenovano v Lubrizol) prvič registriralo blagovno znamko TPU Estane. V zadnjih 40 letih je bilo po vsem svetu več kot 20 blagovnih znamk, vsaka blagovna znamka pa ima več serij izdelkov. Trenutno so glavni svetovni proizvajalci surovin za TPU: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding itd.

Kot odličen elastomer ima TPU široko paleto izdelkov, ki se pogosto uporabljajo v vsakodnevnih potrebščinah, športnih izdelkih, igračah, dekorativnih materialih in na drugih področjih. Spodaj je nekaj primerov.

① Materiali za čevlje

TPU se zaradi svoje odlične elastičnosti in odpornosti proti obrabi uporablja predvsem za materiale za obutev. Obutev, ki vsebuje TPU, je veliko udobnejša za nošenje kot običajna obutev, zato se pogosteje uporablja v vrhunski obutvi, zlasti v nekaterih športnih čevljih in obutvi ​​za prosti čas.

② Cevi

Zaradi svoje mehkobe, dobre natezne trdnosti, udarne trdnosti in odpornosti na visoke in nizke temperature se TPU cevi na Kitajskem pogosto uporabljajo kot plinske in oljne cevi za mehansko opremo, kot so letala, tanki, avtomobili, motorna kolesa in strojna orodja.

③ Kabel

TPU zagotavlja odpornost proti trganju, obrabi in upogibanju, pri čemer je odpornost na visoke in nizke temperature ključna za delovanje kabla. Zato se na kitajskem trgu napredni kabli, kot so krmilni in napajalni kabli, uporabljajo za zaščito premaznih materialov kompleksnih kabelskih zasnov, njihova uporaba pa postaja vse bolj razširjena.

④ Medicinski pripomočki

TPU je varen, stabilen in visokokakovosten nadomestek za PVC, ki ne vsebuje ftalatov in drugih kemičnih škodljivih snovi ter prehaja v kri ali druge tekočine v medicinskem katetru ali medicinski vrečki in povzroča neželene učinke. Poleg tega se posebej razvit TPU ekstruzijske in brizgalne kakovosti z malo odpravljanja napak enostavno uporablja v obstoječi PVC opremi.

⑤ Vozila in druga prevozna sredstva

Z ekstrudiranjem in premazovanjem obeh strani najlonske tkanine s poliuretanskim termoplastičnim elastomerom je mogoče izdelati napihljive bojne napadalne in izvidniške splave, ki prevažajo 3-15 ljudi, z veliko boljšo zmogljivostjo kot napihljivi splavi iz vulkanizirane gume; Poliuretanski termoplastični elastomer, ojačan s steklenimi vlakni, se lahko uporablja za izdelavo komponent karoserije, kot so oblikovani deli na obeh straneh samega avtomobila, obloge vrat, odbijači, trakovi proti trenju in rešetke.