Em 1958, a Goodrich Chemical Company (agora renomeada Lubrizol) registrou a marca de TPU Estane pela primeira vez. Ao longo dos últimos 40 anos, surgiram mais de 20 marcas em todo o mundo, cada uma com diversas linhas de produtos. Atualmente, os principais fabricantes de matéria-prima de TPU incluem BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua, Xuchuan Chemical, entre outros.
1. Categoria de TPU
De acordo com a estrutura do segmento flexível, pode ser dividido em tipo poliéster, tipo poliéter e tipo butadieno, que contêm respectivamente grupo éster, grupo éter ou grupo buteno.
De acordo com a estrutura do segmento rígido, pode ser dividido em tipo uretano e tipo uretano-ureia, obtidos respectivamente a partir de extensores de cadeia de etilenoglicol ou extensores de cadeia de diamina. A classificação comum divide-se em tipo poliéster e tipo poliéter.
De acordo com a presença ou ausência de ligações cruzadas, pode ser dividido em termoplástico puro e semitermoplástico.
O primeiro possui uma estrutura linear pura e não apresenta ligações cruzadas; o segundo contém uma pequena quantidade de ligações cruzadas, como o éster do ácido alofânico.
De acordo com a utilização dos produtos acabados, estes podem ser divididos em peças perfiladas (diversos elementos de máquinas), tubos (revestimentos, perfis de barras), filmes (folhas, placas finas), adesivos, revestimentos, fibras, etc.
2. Síntese de TPU
Em termos de estrutura molecular, o TPU pertence à classe dos poliuretanos. Então, como ele se agregou?
De acordo com os diferentes processos de síntese, a polimerização é dividida principalmente em polimerização em massa e polimerização em solução.
Na polimerização em massa, ela também pode ser dividida em método de pré-polimerização e método de uma etapa, com base na presença ou ausência de uma pré-reação:
O método de pré-polimerização envolve a reação de diisocianato com dióis macromoleculares por um determinado período de tempo antes de adicionar a extensão da cadeia para produzir TPU;
O método de etapa única envolve a mistura e reação simultâneas de dióis macromoleculares, diisocianatos e extensores de cadeia para formar TPU.
A polimerização em solução envolve primeiro dissolver o diisocianato em um solvente, depois adicionar dióis macromoleculares para reagir por um determinado período de tempo e, finalmente, adicionar extensores de cadeia para gerar o TPU.
O tipo de segmento flexível do TPU, o peso molecular, o teor de segmentos rígidos ou flexíveis e o estado de agregação do TPU podem afetar a densidade do TPU, que é de aproximadamente 1,10 a 1,25, e não há diferença significativa em comparação com outras borrachas e plásticos.
Para uma mesma dureza, a densidade do TPU do tipo poliéter é menor que a do TPU do tipo poliéster.
3. Processamento de TPU
As partículas de TPU requerem diversos processos para formar o produto final, utilizando principalmente métodos de fusão e de solução para o processamento do TPU.
O processamento por fusão é um processo comumente utilizado na indústria de plásticos, incluindo mistura, laminação, extrusão, moldagem por sopro e moldagem por injeção;
O processamento em solução é o processo de preparação de uma solução dissolvendo partículas em um solvente ou polimerizando-as diretamente em um solvente, e posteriormente revestindo-as, aplicando-as por fiação, etc.
O produto final feito de TPU geralmente não requer reação de reticulação por vulcanização, o que pode encurtar o ciclo de produção e reciclar materiais residuais.
4. Desempenho do TPU
O TPU possui alto módulo de elasticidade, alta resistência, alto alongamento e elasticidade, excelente resistência ao desgaste, resistência a óleos, resistência a baixas temperaturas e resistência ao envelhecimento.
A alta resistência à tração, o alto alongamento e a baixa taxa de deformação permanente por compressão a longo prazo são vantagens significativas do TPU.
XiaoU abordará principalmente as propriedades mecânicas do TPU, incluindo aspectos como resistência à tração e alongamento, resiliência, dureza, etc.
Alta resistência à tração e alto alongamento.
O TPU possui excelente resistência à tração e alongamento. Pelos dados na figura abaixo, podemos observar que a resistência à tração e o alongamento do TPU do tipo poliéter são muito superiores aos do plástico de cloreto de polivinila e da borracha.
Além disso, o TPU pode atender aos requisitos da indústria alimentícia com poucos ou nenhum aditivo adicionado durante o processamento, o que também é difícil de alcançar para outros materiais, como PVC e borracha.
A resiliência é muito sensível à temperatura.
A resiliência do TPU refere-se ao grau em que ele retorna rapidamente ao seu estado original após a remoção da tensão de deformação, expressa como energia de recuperação, que é a razão entre o trabalho de retração da deformação e o trabalho necessário para produzir a deformação. É uma função do módulo dinâmico e do atrito interno de um corpo elástico e é muito sensível à temperatura.
A elasticidade diminui com a redução da temperatura até um determinado ponto, e a elasticidade aumenta rapidamente novamente. Essa temperatura é a temperatura de cristalização do segmento flexível, que é determinada pela estrutura do diol macromolecular. O TPU do tipo poliéter apresenta uma temperatura de cristalização inferior à do TPU do tipo poliéster. Em temperaturas abaixo da temperatura de cristalização, o elastômero torna-se muito rígido e perde sua elasticidade. Portanto, a resiliência é semelhante à elasticidade da superfície de um metal duro.
A faixa de dureza é Shore A60-D80.
A dureza é um indicador da capacidade de um material resistir à deformação, ao risco e ao arranhão.
A dureza do TPU é geralmente medida usando os durômetros Shore A e Shore D, sendo o Shore A usado para TPUs mais macios e o Shore D para TPUs mais duros.
A dureza do TPU pode ser ajustada alterando-se a proporção entre os segmentos rígidos e flexíveis da cadeia. Portanto, o TPU apresenta uma faixa de dureza relativamente ampla, variando de Shore A60 a D80, abrangendo a dureza da borracha e do plástico, e possui alta elasticidade em toda essa faixa.
À medida que a dureza muda, algumas propriedades do TPU podem se alterar. Por exemplo, o aumento da dureza do TPU resultará em mudanças de desempenho, como aumento do módulo de tração e da resistência ao rasgo, aumento da rigidez e da tensão de compressão (capacidade de carga), diminuição do alongamento, aumento da densidade e da geração de calor dinâmico, e aumento da resistência ambiental.
5. Aplicação do TPU
Por ser um excelente elastômero, o TPU possui uma ampla gama de aplicações em produtos derivados e é amplamente utilizado em artigos de uso diário, artigos esportivos, brinquedos, materiais decorativos e outras áreas.
Materiais para calçados
O TPU é usado principalmente em calçados devido à sua excelente elasticidade e resistência ao desgaste. Calçados com TPU são muito mais confortáveis do que os calçados comuns, sendo por isso mais utilizados em calçados de alta qualidade, especialmente em tênis esportivos e casuais.
mangueira
Devido à sua maciez, boa resistência à tração, resistência ao impacto e resistência a altas e baixas temperaturas, as mangueiras de TPU são amplamente utilizadas na China como mangueiras de gás e óleo para equipamentos mecânicos, como aeronaves, tanques, automóveis, motocicletas e máquinas-ferramenta.
cabo
O TPU oferece resistência a rasgos, desgaste e flexão, sendo a resistência a altas e baixas temperaturas fundamental para o desempenho dos cabos. Por isso, no mercado chinês, cabos avançados, como cabos de controle e de energia, utilizam TPU para proteger os materiais de revestimento de designs complexos, e suas aplicações estão se tornando cada vez mais comuns.
Dispositivos médicos
O TPU é um material substituto do PVC seguro, estável e de alta qualidade, que não contém ftalatos nem outras substâncias químicas nocivas, evitando a migração para o sangue ou outros líquidos presentes em cateteres ou bolsas médicas e, consequentemente, efeitos colaterais. É um TPU especialmente desenvolvido para extrusão e injeção.
filme
A película de TPU é uma película fina feita de material granular de TPU através de processos especiais como laminação, fundição, sopro e revestimento. Devido à sua alta resistência, resistência ao desgaste, boa elasticidade e resistência às intempéries, as películas de TPU são amplamente utilizadas em diversos setores, como materiais para calçados, confecção de roupas, automotivo, químico, eletrônico, médico e outros.
Data da publicação: 05/02/2020