Co je termoplastický polyuretanový elastomer?

Co je termoplastický polyuretanový elastomer?

Polyuretanový elastomer je řada polyuretanových syntetických materiálů (jiné druhy se týkají polyuretanové pěny, polyuretanového lepidla, polyuretanového povlaku a polyuretanového vlákna) a termoplastický polyuretanový elastomer je jedním ze tří typů polyuretanových elastomerů, lidé jej běžně označují jako TPU (tzv. další dva hlavní typy polyuretanových elastomerů jsou lité polyuretanové elastomery, zkráceně CPU a směsný polyuretan elastomery, zkráceně MPU).

TPU je druh polyuretanového elastomeru, který lze změkčit zahřátím a rozpustit rozpouštědlem. Ve srovnání s CPU a MPU má TPU ve své chemické struktuře malé nebo žádné chemické zesítění. Jeho molekulární řetězec je v zásadě lineární, ale existuje určitá míra fyzického zesíťování. Jedná se o termoplastický polyuretanový elastomer, který je strukturou velmi charakteristický.

Struktura a klasifikace TPU

Termoplastický polyuretanový elastomer je (AB) blokový lineární polymer. A představuje polymerní polyol (ester nebo polyether, molekulová hmotnost 1000~6000) s vysokou molekulovou hmotností, nazývaný dlouhý řetězec; B představuje diol obsahující 2-12 atomů uhlíku s přímým řetězcem, nazývaný krátký řetězec.

Ve struktuře termoplastického polyuretanového elastomeru se segment A nazývá měkký segment, který má vlastnosti pružnosti a měkkosti, díky čemuž má TPU roztažitelnost; Uretanový řetězec vzniklý reakcí mezi segmentem B a isokyanátem se nazývá tvrdý segment, který má pevné i tvrdé vlastnosti. Úpravou poměru segmentů A a B se vyrábí TPU produkty s různými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi.

Podle struktury měkkého segmentu jej lze rozdělit na polyesterový typ, polyetherový typ a butadienový typ, které obsahují esterovou skupinu, etherovou skupinu nebo butenovou skupinu. Podle struktury tvrdých segmentů je lze rozdělit na uretanový typ a urethanmočovinový typ, které se získávají z ethylenglykolových prodlužovačů řetězce nebo diaminových prodlužovačů řetězce. Běžná klasifikace se dělí na polyesterový typ a polyetherový typ.

Jaké jsou suroviny pro syntézu TPU?

(1) Polymer Diol

Makromolekulární diol s molekulovou hmotností v rozmezí 500 až 4000 a bifunkčními skupinami s obsahem 50 % až 80 % v elastomeru TPU hraje rozhodující roli ve fyzikálních a chemických vlastnostech TPU.

Polymer Diol vhodný pro TPU elastomer lze rozdělit na polyester a polyether: polyester zahrnuje polytetramethylenglykol kyseliny adipové (PBA) ε PCL, PHC; Polyethery zahrnují polyoxypropylenetherglykol (PPG), tetrahydrofuranpolyetherglykol (PTMG) atd.

(2) Diisokyanát

Molekulová hmotnost je malá, ale funkce je vynikající, což nehraje pouze roli spojení měkkého a tvrdého segmentu, ale také dodává TPU různé dobré fyzikální a mechanické vlastnosti. Diisokyanáty použitelné pro TPU jsou: methylendifenyldiisokyanát (MDI), methylen bis (-4-cyklohexyl isokyanát) (HMDI), p-fenyldiisokyanát (PPDI), 1,5-naftalendiisokyanát (NDI), p-fenyldimethyldiisokyanát ( PXDI) atd.

(3) Prodlužovač řetězu

Prodlužovač řetězce s molekulovou hmotností 100~350, který patří k malomolekulárnímu diolu, má malou molekulovou hmotnost, strukturu otevřeného řetězce a žádnou substituční skupinu, přispívá k získání vysoké tvrdosti a vysoké skalární hmotnosti TPU. Prodlužovače řetězce vhodné pro TPU zahrnují 1,4-butandiol (BDO), 1,4-bis(2-hydroxyethoxy)benzen (HQEE), 1,4-cyklohexandimethanol (CHDM), p-fenyldimethylglykol (PXG) atd.

Modifikace Aplikace TPU jako ztužujícího činidla

Aby se snížily náklady na výrobek a získal se dodatečný výkon, lze použít polyuretanové termoplastické elastomery jako běžně používaná ztužující činidla pro zpevnění různých termoplastických a modifikovaných pryžových materiálů.

Díky své vysoké polaritě může být polyuretan kompatibilní s polárními pryskyřicemi nebo kaučuky, jako je chlorovaný polyethylen (CPE), který lze použít k výrobě lékařských produktů; Míchání s ABS může nahradit technické termoplasty pro použití; Při použití v kombinaci s polykarbonátem (PC) má vlastnosti, jako je odolnost proti oleji, palivu a nárazu, a lze jej použít k výrobě karoserií automobilů; V kombinaci s polyesterem lze zlepšit jeho houževnatost; Navíc může být dobře kompatibilní s PVC, Polyoxymethylenem nebo PVDC; Polyesterový polyuretan může být dobře kompatibilní se směsí 15% nitrilkaučuku nebo 40% nitrilkaučuku/PVC; Polyetherpolyuretan může být také dobře kompatibilní s lepidlem ze směsi 40% nitrilkaučuku/polyvinylchloridu; Může být také kokompatibilní s kopolymery akrylonitril-styrenu (SAN); Může tvořit interpenetrující síťové (IPN) struktury s reaktivními polysiloxany. Naprostá většina výše uvedených směsných lepidel je již oficiálně vyrobena.

V posledních letech dochází v Číně k rostoucímu výzkumu zpevnění POM pomocí TPU. Smísení TPU a POM nejen zlepšuje odolnost proti vysokým teplotám a mechanické vlastnosti TPU, ale také výrazně zpevňuje POM. Někteří výzkumníci prokázali, že při zkouškách lomu v tahu ve srovnání s matricí POM přešla slitina POM s TPU z křehkého lomu na tvárný lom. Přidání TPU také poskytuje POM výkon tvarové paměti. Krystalická oblast POM slouží jako pevná fáze slitiny s tvarovou pamětí, zatímco amorfní oblast amorfního TPU a POM slouží jako reverzibilní fáze. Když je teplota odezvy zotavení 165 ℃ a doba zotavení je 120 sekund, míra zotavení slitiny dosáhne více než 95% a efekt zotavení je nejlepší.

TPU je obtížně kompatibilní s nepolárními polymerními materiály, jako je polyethylen, polypropylen, ethylenpropylenový kaučuk, butadienový kaučuk, izoprenový kaučuk nebo odpadní pryžový prášek, a nelze jej použít k výrobě kompozitů s dobrým výkonem. Proto se pro posledně jmenované často používají metody povrchové úpravy, jako je plazma, koróna, mokrá chemie, primer, plamen nebo reaktivní plyn. Například společnost American Air Products and Chemicals Company provedla povrchovou úpravu aktivním plynem F2/O2 na jemném prášku polyetylenu s ultravysokou molekulovou hmotností o molekulové hmotnosti 3–5 milionů a přidala jej do polyuretanového elastomeru v poměru 10 %, což může výrazně zlepšit jeho modul pružnosti v ohybu, pevnost v tahu a odolnost proti opotřebení. A povrchová úprava aktivního plynu F2/O2 může být také aplikována na směrově prodloužená krátká vlákna o délce 6-35 mm, což může zlepšit tuhost a houževnatost kompozitního materiálu.

Jaké jsou oblasti použití TPU?

V roce 1958 Goodrich Chemical Company (nyní přejmenovaná na Lubrizol) poprvé zaregistrovala značku TPU Estane. Za posledních 40 let se na světě objevilo více než 20 značek a každá značka má několik sérií produktů. V současné době jsou hlavními výrobci surovin TPU na světě: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding atd.

Jako vynikající elastomer má TPU širokou škálu následných produktů, které jsou široce používány v každodenních potřebách, sportovním zboží, hračkách, dekorativních materiálech a dalších oblastech. Níže uvádíme několik příkladů.

① Materiály obuvi

TPU se používá hlavně pro materiály obuvi díky své vynikající elasticitě a odolnosti proti opotřebení. Obuv obsahující TPU je mnohem pohodlnější na nošení než běžná obuv, takže se více používá ve špičkových obuvnických výrobcích, zejména v některých sportovních botách a obuvi pro volný čas.

② Hadice

Díky své měkkosti, dobré pevnosti v tahu, rázové houževnatosti a odolnosti vůči vysokým a nízkým teplotám jsou hadice TPU v Číně široce používány jako plynové a olejové hadice pro mechanická zařízení, jako jsou letadla, tanky, automobily, motocykly a obráběcí stroje.

③ Kabel

TPU poskytuje odolnost proti roztržení, odolnost proti opotřebení a ohybové vlastnosti, přičemž odolnost vůči vysokým a nízkým teplotám je klíčem k výkonu kabelu. Takže na čínském trhu pokročilé kabely, jako jsou ovládací kabely a napájecí kabely, používají TPU k ochraně povlakových materiálů složitých kabelových konstrukcí a jejich aplikace jsou stále rozšířenější.

④ Lékařské prostředky

TPU je bezpečný, stabilní a vysoce kvalitní náhražkový materiál z PVC, který nebude obsahovat ftaláty a jiné chemické škodlivé látky a bude migrovat do krve nebo jiných tekutin v lékařském katétru nebo lékařském vaku a způsobit nežádoucí účinky. Speciálně vyvinutý TPU třídy pro vytlačování a vstřikování lze navíc snadno použít s malým odladěním ve stávajícím zařízení z PVC.

⑤ Vozidla a jiné dopravní prostředky

Vytlačením a potažením obou stran nylonové tkaniny polyuretanovým termoplastickým elastomerem lze vyrobit nafukovací bojové útočné rafty a průzkumné rafty pro 3-15 osob s mnohem lepším výkonem než nafukovací rafty z vulkanizované pryže; Polyuretanový termoplastický elastomer vyztužený skelným vláknem lze použít k výrobě součástí karoserie, jako jsou lisované díly na obou stranách samotného vozu, dveřní pláště, nárazníky, kluzné lišty a mřížky.