Cos'è l'elastomero poliuretanico termoplastico?

Cos'è l'elastomero poliuretanico termoplastico?

L'elastomero poliuretanico è una varietà di materiali sintetici poliuretanici (altre varietà si riferiscono alla schiuma poliuretanica, all'adesivo poliuretanico, al rivestimento poliuretanico e alla fibra poliuretanica) e l'elastomero poliuretanico termoplastico è uno dei tre tipi di elastomero poliuretanico, le persone comunemente lo chiamano TPU (il altri due tipi principali di elastomeri poliuretanici sono gli elastomeri poliuretanici fusi, abbreviati in CPU, e gli elastomeri poliuretanici misti, abbreviati in MPU).

Il TPU è un tipo di elastomero poliuretanico che può essere plastificato mediante riscaldamento e sciolto con solvente. Rispetto a CPU e MPU, il TPU ha poca o nessuna reticolazione chimica nella sua struttura chimica. La sua catena molecolare è sostanzialmente lineare, ma è presente una certa quantità di reticolazione fisica. Questo è l'elastomero poliuretanico termoplastico che è molto caratteristico nella struttura.

Struttura e classificazione del TPU

L'elastomero poliuretanico termoplastico è un polimero lineare a blocchi (AB). A rappresenta un polimero poliolo (estere o polietere, peso molecolare 1000~6000) ad alto peso molecolare, chiamato catena lunga; B rappresenta un diolo contenente 2-12 atomi di carbonio a catena lineare, chiamata catena corta.

Nella struttura dell'elastomero poliuretanico termoplastico, il segmento A è chiamato segmento morbido, che ha le caratteristiche di flessibilità e morbidezza, rendendo il TPU estensibile; La catena di uretano generata dalla reazione tra il segmento B e l'isocianato è chiamata segmento duro, che ha proprietà sia rigide che dure. Regolando il rapporto tra i segmenti A e B, vengono realizzati prodotti in TPU con proprietà fisiche e meccaniche diverse.

Secondo la struttura del segmento morbido, può essere suddiviso in tipo poliestere, tipo polietere e tipo butadiene, che contengono rispettivamente gruppo estere, gruppo etere o gruppo butene. In base alla struttura del segmento duro, può essere suddiviso in tipo uretanico e tipo uretano-urea, che sono rispettivamente ottenuti da estensori di catena di glicole etilenico o estensori di catena diamminica. La classificazione comune è divisa in tipo poliestere e tipo polietere.

Quali sono le materie prime per la sintesi del TPU?

(1) Polimero diolo

Il diolo macromolecolare con un peso molecolare compreso tra 500 e 4000 e gruppi bifunzionali, con un contenuto dal 50% all'80% in elastomero TPU, svolge un ruolo decisivo nelle proprietà fisiche e chimiche del TPU.

Il polimero Diolo adatto per l'elastomero TPU può essere suddiviso in poliestere e polietere: il poliestere comprende politetrametilene glicole dell'acido adipico (PBA) ε PCL, PHC; I polieteri includono poliossipropilene etere glicole (PPG), tetraidrofurano polietere glicole (PTMG), ecc.

(2) Diisocianato

Il peso molecolare è piccolo ma la funzione è eccezionale, che non solo svolge il ruolo di collegare il segmento morbido e quello duro, ma conferisce anche al TPU varie buone proprietà fisiche e meccaniche. I diisocianati applicabili al TPU sono: metilene difenil diisocianato (MDI), metilene bis (-4-cicloesil isocianato) (HMDI), p-fenildiisocianato (PPDI), 1,5-naftalene diisocianato (NDI), p-fenildimetil diisocianato ( PXDI), ecc.

(3) Prolunga catena

L'estensore di catena con un peso molecolare di 100~350, appartenente a un diolo a piccola molecola, un piccolo peso molecolare, una struttura a catena aperta e nessun gruppo sostituente è favorevole all'ottenimento di elevata durezza e elevato peso scalare del TPU. Gli estensori di catena adatti per TPU includono 1,4-butandiolo (BDO), 1,4-bis (2-idrossietossi) benzene (HQEE), 1,4-cicloesandimetanolo (CHDM), p-fenildimetilglicole (PXG), ecc.

Applicazione di modifica del TPU come agente indurente

Al fine di ridurre i costi del prodotto e ottenere prestazioni aggiuntive, gli elastomeri termoplastici poliuretanici possono essere utilizzati come agenti tenacizzanti comunemente utilizzati per tenacizzare vari materiali termoplastici e in gomma modificata.

A causa della sua elevata polarità, il poliuretano può essere compatibile con resine o gomme polari, come il polietilene clorurato (CPE), che può essere utilizzato per realizzare prodotti medici; La miscelazione con l'ABS può sostituire i materiali termoplastici tecnici per l'uso; Se utilizzato in combinazione con il policarbonato (PC), ha proprietà come resistenza all'olio, resistenza al carburante e resistenza agli urti e può essere utilizzato per realizzare carrozzerie di automobili; Se combinato con il poliestere, la sua tenacità può essere migliorata; Inoltre, può essere ben compatibile con PVC, Poliossimetilene o PVDC; Il poliuretano poliestere può essere ben compatibile con il 15% di gomma nitrilica o con il 40% di miscela gomma nitrilica/PVC; Il poliuretano polietere può anche essere ben compatibile con l'adesivo misto gomma nitrilica/cloruro di polivinile al 40%; Può anche essere cocompatibile con copolimeri di acrilonitrile stirene (SAN); Può formare strutture di rete interpenetranti (IPN) con polisilossani reattivi. La stragrande maggioranza degli adesivi miscelati sopra menzionati sono già stati ufficialmente prodotti.

Negli ultimi anni vi è stata una crescente ricerca sull’indurimento del POM mediante TPU in Cina. La miscela di TPU e POM non solo migliora la resistenza alle alte temperature e le proprietà meccaniche del TPU, ma rende anche significativamente più resistente il POM. Alcuni ricercatori hanno dimostrato che nei test di frattura a trazione, rispetto alla matrice POM, la lega POM con TPU è passata da frattura fragile a frattura duttile. L'aggiunta di TPU conferisce inoltre al POM prestazioni di memoria di forma. La regione cristallina del POM funge da fase fissa della lega a memoria di forma, mentre la regione amorfa di TPU e POM amorfi funge da fase reversibile. Quando la temperatura di risposta al recupero è di 165 ℃ e il tempo di recupero è di 120 secondi, il tasso di recupero della lega supera il 95% e l'effetto di recupero è il migliore.

È difficile che il TPU sia compatibile con materiali polimerici non polari come polietilene, polipropilene, gomma etilene propilene, gomma butadiene, gomma isoprene o polvere di gomma di scarto e non può essere utilizzato per produrre compositi con buone prestazioni. Pertanto, per quest'ultimo vengono spesso utilizzati metodi di trattamento superficiale come plasma, corona, chimica umida, primer, fiamma o gas reattivo. Ad esempio, l'American Air Products and Chemicals Company ha effettuato un trattamento superficiale del gas attivo F2/O2 su polvere fine di polietilene ad altissimo peso molecolare con un peso molecolare di 3-5 milioni e l'ha aggiunta all'elastomero poliuretanico in un rapporto di 10 %, che può migliorare significativamente il modulo di flessione, la resistenza alla trazione e la resistenza all'usura. Inoltre, il trattamento superficiale del gas attivo F2/O2 può essere applicato anche alle fibre corte allungate direzionalmente con una lunghezza di 6-35 mm, che possono migliorare la rigidità e la resistenza allo strappo del materiale composito.

Quali sono i campi di applicazione del TPU?

Nel 1958, la Goodrich Chemical Company (ora ribattezzata Lubrizol) registrò per la prima volta il marchio TPU Estane. Negli ultimi 40 anni ci sono stati più di 20 marchi in tutto il mondo e ogni marchio ha diverse serie di prodotti. Attualmente, i principali produttori di materie prime TPU nel mondo sono: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, ecc.

Essendo un eccellente elastomero, il TPU offre un'ampia gamma di prodotti a valle, ampiamente utilizzati nelle necessità quotidiane, articoli sportivi, giocattoli, materiali decorativi e altri campi. Di seguito sono riportati alcuni esempi.

① Materiali per scarpe

Il TPU viene utilizzato principalmente per i materiali delle calzature grazie alla sua eccellente elasticità e resistenza all'usura. Le calzature contenenti TPU sono molto più comode da indossare rispetto alle calzature normali, quindi sono più ampiamente utilizzate nelle calzature di fascia alta, in particolare alcune scarpe sportive e scarpe casual.

② Tubi flessibili

Grazie alla loro morbidezza, buona resistenza alla trazione, resistenza agli urti e resistenza alle alte e basse temperature, i tubi in TPU sono ampiamente utilizzati in Cina come tubi per gas e petrolio per apparecchiature meccaniche come aerei, carri armati, automobili, motocicli e macchine utensili.

③ Cavo

Il TPU offre resistenza allo strappo, resistenza all'usura e caratteristiche di flessione, mentre la resistenza alle alte e basse temperature è la chiave per le prestazioni del cavo. Pertanto, nel mercato cinese, cavi avanzati come cavi di controllo e cavi di alimentazione utilizzano i TPU per proteggere i materiali di rivestimento di progetti di cavi complessi e le loro applicazioni stanno diventando sempre più diffuse.

④ Dispositivi medici

Il TPU è un materiale sostitutivo del PVC sicuro, stabile e di alta qualità, che non conterrà ftalati e altre sostanze chimiche dannose e migrerà nel sangue o in altri liquidi nel catetere medico o nella borsa medica causando effetti collaterali. Inoltre, il TPU appositamente sviluppato per estrusione e iniezione può essere facilmente utilizzato con un piccolo debug nell'attrezzatura in PVC esistente.

⑤ Veicoli e altri mezzi di trasporto

Estrudendo e rivestendo entrambi i lati del tessuto di nylon con elastomero termoplastico poliuretanico, è possibile realizzare zattere gonfiabili da attacco da combattimento e zattere da ricognizione che trasportano 3-15 persone, con prestazioni molto migliori rispetto alle zattere gonfiabili in gomma vulcanizzata; L'elastomero termoplastico poliuretanico rinforzato con fibra di vetro può essere utilizzato per realizzare componenti della carrozzeria come parti stampate su entrambi i lati dell'auto stessa, rivestimenti delle portiere, paraurti, strisce antiattrito e griglie.