Τι είναι το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης;

Τι είναι το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης;

Το ελαστομερές πολυουρεθάνης είναι μια ποικιλία συνθετικών υλικών πολυουρεθάνης (άλλες ποικιλίες αναφέρονται σε αφρό πολυουρεθάνης, κόλλα πολυουρεθάνης, επίστρωση πολυουρεθάνης και ίνες πολυουρεθάνης) και το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης είναι ένας από τους τρεις τύπους ελαστομερούς πολυουρεθάνης. Οι άνθρωποι το αναφέρονται συνήθως ως TPU άλλοι δύο κύριοι τύποι ελαστομερών πολυουρεθάνης είναι τα ελαστομερή χυτής πολυουρεθάνης, που συντομεύονται ως CPU, και τα μικτά ελαστομερή πολυουρεθάνης, που συντομεύονται ως MPU).

Το TPU είναι ένα είδος ελαστομερούς πολυουρεθάνης που μπορεί να πλαστικοποιηθεί με θέρμανση και να διαλυθεί με διαλύτη. Σε σύγκριση με τις CPU και MPU, η TPU έχει μικρή ή καθόλου χημική διασύνδεση στη χημική της δομή. Η μοριακή του αλυσίδα είναι βασικά γραμμική, αλλά υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα φυσικής διασταύρωσης. Αυτό είναι το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης που είναι πολύ χαρακτηριστικό στη δομή.

Δομή και ταξινόμηση των TPU

Το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης είναι ένα μπλοκ γραμμικό πολυμερές (AB). Το Α αντιπροσωπεύει μια πολυμερή πολυόλη (εστέρας ή πολυαιθέρας, μοριακού βάρους 1000~6000) με υψηλό μοριακό βάρος, που ονομάζεται μακριά αλυσίδα. Το Β αντιπροσωπεύει μια διόλη που περιέχει 2-12 άτομα άνθρακα ευθείας αλυσίδας, που ονομάζεται βραχεία αλυσίδα.

Στη δομή του θερμοπλαστικού ελαστομερούς πολυουρεθάνης, το τμήμα Α ονομάζεται μαλακό τμήμα, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά ευκαμψίας και απαλότητας, καθιστώντας το TPU να έχει εκτατότητα. Η αλυσίδα ουρεθάνης που δημιουργείται από την αντίδραση μεταξύ του τμήματος Β και του ισοκυανικού ονομάζεται σκληρό τμήμα, το οποίο έχει τόσο άκαμπτες όσο και σκληρές ιδιότητες. Με την προσαρμογή της αναλογίας των τμημάτων Α και Β, παράγονται προϊόντα TPU με διαφορετικές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες.

Σύμφωνα με τη δομή του μαλακού τμήματος, μπορεί να χωριστεί σε τύπο πολυεστέρα, τύπο πολυαιθέρα και τύπο βουταδιενίου, οι οποίοι αντίστοιχα περιέχουν εστερική ομάδα, αιθερική ομάδα ή ομάδα βουτενίου. Σύμφωνα με τη δομή του σκληρού τμήματος, μπορεί να χωριστεί σε τύπο ουρεθάνης και τύπο ουρίας ουρεθάνης, οι οποίοι λαμβάνονται αντίστοιχα από επεκτατικά αλυσίδας αιθυλενογλυκόλης ή επεκτατικά αλυσίδας διαμίνης. Η κοινή ταξινόμηση χωρίζεται σε τύπο πολυεστέρα και τύπο πολυαιθέρα.

Ποιες είναι οι πρώτες ύλες για τη σύνθεση TPU;

(1) Πολυμερές Διολ

Η μακρομοριακή διόλη με μοριακό βάρος που κυμαίνεται από 500 έως 4000 και διλειτουργικές ομάδες, με περιεκτικότητα 50% έως 80% σε ελαστομερές TPU, παίζει καθοριστικό ρόλο στις φυσικές και χημικές ιδιότητες της TPU.

Το πολυμερές Diol κατάλληλο για ελαστομερές TPU μπορεί να χωριστεί σε πολυεστέρα και πολυαιθέρα: ο πολυεστέρας περιλαμβάνει πολυτετραμεθυλενογλυκόλη αδιπικού οξέος (PBA) ε PCL, PHC. Οι πολυαιθέρες περιλαμβάνουν πολυοξυπροπυλενο αιθερική γλυκόλη (PPG), πολυαιθερική γλυκόλη τετραϋδροφουρανίου (PTMG) κ.λπ.

(2) Διισοκυανικό

Το μοριακό βάρος είναι μικρό, αλλά η λειτουργία είναι εξαιρετική, η οποία όχι μόνο παίζει το ρόλο της σύνδεσης του μαλακού τμήματος και του σκληρού τμήματος, αλλά επίσης προσδίδει στο TPU διάφορες καλές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες. Τα διισοκυανικά που ισχύουν για την TPU είναι: διισοκυανικό μεθυλενοδιφαινυλεστέρα (MDI), δις (-4-κυκλοεξυλ ισοκυανικό) (HMDI), π-φαινυλδιισοκυανικό (PPDI), διισοκυανικό 1,5-ναφθαλένιο (NDI), π-φαινυλοδιμεθυλεστέρα PXDI), κ.λπ.

(3) Επέκταση αλυσίδας

Ο επεκτατής αλυσίδας με μοριακό βάρος 100~350, που ανήκει σε μικρή μοριακή Διόλη, μικρό μοριακό βάρος, δομή ανοιχτής αλυσίδας και καμία ομάδα υποκατάστατων συμβάλλει στην απόκτηση υψηλής σκληρότητας και υψηλού βαθμωτού βάρους TPU. Τα επεκτατικά αλυσίδας που είναι κατάλληλα για TPU περιλαμβάνουν 1,4-βουτανοδιόλη (BDO), 1,4-δις (2-υδροξυαιθοξυ) βενζόλιο (HQEE), 1,4-κυκλοεξανομεθανόλη (CHDM), π-φαινυλδιμεθυλγλυκόλη (PXG), κ.λπ.

Τροποποίηση Εφαρμογή TPU ως Σκληρυντικό

Προκειμένου να μειωθεί το κόστος του προϊόντος και να επιτευχθεί πρόσθετη απόδοση, τα θερμοπλαστικά ελαστομερή πολυουρεθάνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συνήθως χρησιμοποιούμενα σκληρυντικά για τη σκλήρυνση διαφόρων θερμοπλαστικών και τροποποιημένων υλικών από καουτσούκ.

Λόγω της υψηλής πολικότητας της, η πολυουρεθάνη μπορεί να είναι συμβατή με πολικές ρητίνες ή καουτσούκ, όπως το χλωριωμένο πολυαιθυλένιο (CPE), το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ιατρικών προϊόντων. Η ανάμειξη με ABS μπορεί να αντικαταστήσει τα τεχνικά θερμοπλαστικά για χρήση. Όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με πολυανθρακικό (PC), έχει ιδιότητες όπως αντοχή στο λάδι, αντοχή στο καύσιμο και αντοχή σε κρούση, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αμαξωμάτων αυτοκινήτων. Όταν συνδυάζεται με πολυεστέρα, η σκληρότητά του μπορεί να βελτιωθεί. Επιπλέον, μπορεί να είναι καλά συμβατό με PVC, Πολυοξυμεθυλένιο ή PVDC. Η πολυεστέρας πολυουρεθάνης μπορεί να είναι καλά συμβατή με 15% καουτσούκ νιτριλίου ή 40% μίγμα νιτριλίου/PVC. Η πολυαιθερική πολυουρεθάνη μπορεί επίσης να είναι καλά συμβατή με κόλλα μίγματος 40% νιτριλίου/καουτσούκ χλωριούχου πολυβινυλίου. Μπορεί επίσης να είναι συμβατό με συμπολυμερή ακρυλονιτριλίου στυρολίου (SAN). Μπορεί να σχηματίσει δομές αλληλεπίδρασης δικτύου (IPN) με αντιδραστικές πολυσιλοξάνες. Η συντριπτική πλειοψηφία των προαναφερθέντων αναμεμειγμένων κόλλων έχει ήδη παραχθεί επίσημα.

Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει μια αυξανόμενη έρευνα σχετικά με τη σκλήρυνση του POM από την TPU στην Κίνα. Η ανάμειξη TPU και POM όχι μόνο βελτιώνει την αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες και τις μηχανικές ιδιότητες του TPU, αλλά και σκληραίνει σημαντικά το POM. Μερικοί ερευνητές έχουν δείξει ότι σε δοκιμές θραύσης εφελκυσμού, σε σύγκριση με τη μήτρα POM, το κράμα POM με TPU έχει μεταβεί από εύθραυστο κάταγμα σε όλκιμο. Η προσθήκη TPU παρέχει επίσης στο POM απόδοση μνήμης σχήματος. Η κρυσταλλική περιοχή του POM χρησιμεύει ως σταθερή φάση του κράματος μνήμης σχήματος, ενώ η άμορφη περιοχή του άμορφου TPU και του POM χρησιμεύει ως η αναστρέψιμη φάση. Όταν η θερμοκρασία απόκρισης ανάκτησης είναι 165 ℃ και ο χρόνος ανάκτησης είναι 120 δευτερόλεπτα, ο ρυθμός ανάκτησης του κράματος φτάνει πάνω από 95% και το αποτέλεσμα ανάκτησης είναι το καλύτερο.

Το TPU είναι δύσκολο να είναι συμβατό με μη πολικά πολυμερή υλικά όπως πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, καουτσούκ αιθυλενίου προπυλενίου, καουτσούκ βουταδιενίου, καουτσούκ ισοπρενίου ή σκόνη από καουτσούκ και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή σύνθετων υλικών με καλή απόδοση. Ως εκ τούτου, για το τελευταίο χρησιμοποιούνται συχνά μέθοδοι επιφανειακής επεξεργασίας όπως πλάσμα, κορώνα, υγρή χημεία, αστάρι, φλόγα ή αντιδραστικό αέριο. Για παράδειγμα, η American Air Products and Chemicals Company πραγματοποίησε επεξεργασία επιφάνειας ενεργού αερίου F2/O2 σε λεπτή σκόνη πολυαιθυλενίου εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους με μοριακό βάρος 3-5 εκατομμύρια και την πρόσθεσε σε ελαστομερές πολυουρεθάνης σε αναλογία 10 %, το οποίο μπορεί να βελτιώσει σημαντικά το μέτρο κάμψης, την αντοχή σε εφελκυσμό και την αντοχή στη φθορά. Και η επεξεργασία επιφάνειας ενεργού αερίου F2/O2 μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στις κατευθυντικά επιμήκεις κοντές ίνες μήκους 6-35 mm, κάτι που μπορεί να βελτιώσει την ακαμψία και την ανθεκτικότητα στο σχίσιμο του σύνθετου υλικού.

Ποιοι είναι οι τομείς εφαρμογής του TPU;

Το 1958, η Goodrich Chemical Company (τώρα μετονομάστηκε σε Lubrizol) κατοχύρωσε για πρώτη φορά το εμπορικό σήμα TPU Estane. Τα τελευταία 40 χρόνια, υπήρξαν περισσότερες από 20 επωνυμίες σε όλο τον κόσμο και κάθε μάρκα έχει πολλές σειρές προϊόντων. Επί του παρόντος, οι κύριοι κατασκευαστές πρώτων υλών TPU στον κόσμο είναι: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding κ.λπ.

Ως εξαιρετικό ελαστομερές, το TPU διαθέτει ένα ευρύ φάσμα προϊόντων κατάντη, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε καθημερινές ανάγκες, αθλητικά είδη, παιχνίδια, διακοσμητικά υλικά και άλλους τομείς. Παρακάτω είναι μερικά παραδείγματα.

① Υλικά παπουτσιών

Το TPU χρησιμοποιείται κυρίως για υλικά παπουτσιών λόγω της εξαιρετικής ελαστικότητάς του και αντοχής στη φθορά. Τα υποδήματα που περιέχουν TPU φοριούνται πολύ πιο άνετα από τα κανονικά υποδήματα, επομένως χρησιμοποιούνται ευρύτερα σε προϊόντα υποδημάτων υψηλής ποιότητας, ειδικά σε ορισμένα αθλητικά παπούτσια και παπούτσια.

② Σωλήνες

Λόγω της απαλότητας, της καλής αντοχής σε εφελκυσμό, της αντοχής σε κρούση και της αντοχής σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, οι εύκαμπτοι σωλήνες TPU χρησιμοποιούνται ευρέως στην Κίνα ως εύκαμπτοι σωλήνες αερίου και λαδιού για μηχανικό εξοπλισμό όπως αεροσκάφη, δεξαμενές, αυτοκίνητα, μοτοσικλέτες και εργαλειομηχανές.

③ Καλώδιο

Το TPU παρέχει χαρακτηριστικά αντοχής σε σχίσιμο, αντοχή στη φθορά και κάμψη, με την αντίσταση σε υψηλή και χαμηλή θερμοκρασία να είναι το κλειδί για την απόδοση του καλωδίου. Έτσι, στην κινεζική αγορά, τα προηγμένα καλώδια όπως τα καλώδια ελέγχου και τα καλώδια τροφοδοσίας χρησιμοποιούν TPU για την προστασία των υλικών επικάλυψης πολύπλοκων σχεδίων καλωδίων και οι εφαρμογές τους διαδίδονται ολοένα και περισσότερο.

④ Ιατρικές συσκευές

Το TPU είναι ένα ασφαλές, σταθερό και υψηλής ποιότητας υποκατάστατο υλικό PVC, το οποίο δεν περιέχει φθαλικό και άλλες χημικές επιβλαβείς ουσίες και μεταναστεύει στο αίμα ή άλλα υγρά στον ιατρικό καθετήρα ή στον ιατρικό σάκο για να προκαλέσει παρενέργειες. Επιπλέον, η ειδικά αναπτυγμένη TPU ποιότητας εξώθησης και έγχυσης μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί με λίγη αποσφαλμάτωση στον υπάρχοντα εξοπλισμό PVC.

⑤ Οχήματα και άλλα μέσα μεταφοράς

Με εξώθηση και επικάλυψη και των δύο πλευρών του νάιλον υφάσματος με θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης, μπορούν να κατασκευαστούν φουσκωτές σχεδίες επίθεσης μάχης και σχεδίες αναγνώρισης που μεταφέρουν 3-15 άτομα, με πολύ καλύτερη απόδοση από τις φουσκωτές σχεδίες από βουλκανισμένο καουτσούκ. Το θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης ενισχυμένο με ίνες γυαλιού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή εξαρτημάτων αμαξώματος, όπως χυτευμένα μέρη και στις δύο πλευρές του ίδιου του αυτοκινήτου, επιφάνειες θυρών, προφυλακτήρες, λωρίδες κατά της τριβής και γρίλιες.