O que é elastômero de poliuretano termoplástico?

O que é elastômero de poliuretano termoplástico?

O elastômero de poliuretano é uma variedade de materiais sintéticos de poliuretano (outras variedades referem-se a espuma de poliuretano, adesivo de poliuretano, revestimento de poliuretano e fibra de poliuretano), e o elastômero de poliuretano termoplástico é um dos três tipos de elastômero de poliuretano. outros dois tipos principais de elastômeros de poliuretano são elastômeros de poliuretano fundido, abreviados como CPU, e elastômeros de poliuretano mistos, abreviados como MPU).

TPU é um tipo de elastômero de poliuretano que pode ser plastificado por aquecimento e dissolvido por solvente. Comparado com CPU e MPU, o TPU possui pouca ou nenhuma reticulação química em sua estrutura química. Sua cadeia molecular é basicamente linear, mas há uma certa quantidade de reticulação física. Este é o elastômero de poliuretano termoplástico de estrutura muito característica.

Estrutura e classificação do TPU

O elastômero de poliuretano termoplástico é um polímero linear em bloco (AB). A representa um poliol polimérico (éster ou poliéter, peso molecular de 1000 ~ 6000) com alto peso molecular, denominado cadeia longa; B representa um diol contendo 2-12 átomos de carbono de cadeia linear, chamada cadeia curta.

Na estrutura do elastômero de poliuretano termoplástico, o segmento A é denominado segmento macio, que possui as características de flexibilidade e maciez, fazendo com que o TPU tenha extensibilidade; A cadeia de uretano gerada pela reação entre o segmento B e o isocianato é chamada de segmento duro, que possui propriedades rígidas e duras. Ao ajustar a proporção dos segmentos A e B, são feitos produtos de TPU com diferentes propriedades físicas e mecânicas.

De acordo com a estrutura do segmento macio, ele 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 duro, ele pode ser dividido em tipo uretano e tipo uretano ureia, que são obtidos respectivamente a partir de extensores de cadeia de etilenoglicol ou extensores de cadeia de diamina. A classificação comum é dividida em tipo poliéster e tipo poliéter.

Quais são as matérias-primas para a síntese do TPU?

(1) Polímero Diol

O diol macromolecular com peso molecular variando de 500 a 4.000 e grupos bifuncionais, com teor de 50% a 80% no elastômero TPU, desempenha papel decisivo nas propriedades físicas e químicas do TPU.

O polímero Diol adequado para o elastômero TPU pode ser dividido em poliéster e poliéter: o poliéster inclui politetrametileno Ácido adípico glicol (PBA) ε PCL, PHC; Os poliéteres incluem polioxipropileno éter glicol (PPG), tetrahidrofurano poliéter glicol (PTMG), etc.

(2) Diisocianato

O peso molecular é pequeno, mas a função é excelente, que não só desempenha o papel de conectar o segmento macio e o segmento duro, mas também confere ao TPU diversas boas propriedades físicas e mecânicas. Os diisocianatos aplicáveis ​​ao TPU são: diisocianato de metileno difenil (MDI), bis(-4-ciclohexil isocianato) de metileno (HMDI), p-fenildiisocianato (PPDI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI), diisocianato de p-fenildimetil ( PXDI), etc.

(3) Extensor de corrente

O extensor de cadeia com peso molecular de 100 ~ 350, pertencente a Diol molecular pequeno, peso molecular pequeno, estrutura de cadeia aberta e nenhum grupo substituinte é propício à obtenção de alta dureza e alto peso escalar de TPU. Os extensores de cadeia adequados para TPU incluem 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis (2-hidroxietoxi) benzeno (HQEE), 1,4-ciclohexanodimetanol (CHDM), p-fenildimetilglicol (PXG), etc.

Aplicação de modificação de TPU como agente de endurecimento

A fim de reduzir os custos do produto e obter desempenho adicional, os elastômeros termoplásticos de poliuretano podem ser usados ​​como agentes de endurecimento comumente usados ​​para endurecer vários materiais termoplásticos e de borracha modificada.

Devido à sua alta polaridade, o poliuretano pode ser compatível com resinas polares ou borrachas, como o polietileno clorado (CPE), que pode ser utilizado na fabricação de produtos médicos; A mistura com ABS pode substituir o uso de termoplásticos de engenharia; Quando usado em combinação com policarbonato (PC), possui propriedades como resistência ao óleo, resistência ao combustível e resistência ao impacto, podendo ser usado na fabricação de carrocerias de automóveis; Quando combinado com poliéster, sua resistência pode ser melhorada; Além disso, pode ser bem compatível com PVC, Polioximetileno ou PVDC; O poliuretano poliéster pode ser bem compatível com 15% de borracha nitrílica ou 40% de mistura de borracha nitrílica/PVC; O poliuretano poliéter também pode ser bem compatível com adesivo de mistura de 40% de borracha nitrílica/cloreto de polivinila; Também pode ser co-compatível com copolímeros de acrilonitrila estireno (SAN); Pode formar estruturas de redes interpenetrantes (IPN) com polissiloxanos reativos. A grande maioria dos adesivos misturados acima mencionados já foi produzida oficialmente.

Nos últimos anos, tem havido uma pesquisa crescente sobre o endurecimento do POM pelo TPU na China. A mistura de TPU e POM não apenas melhora a resistência a altas temperaturas e as propriedades mecânicas do TPU, mas também fortalece significativamente o POM. Alguns pesquisadores mostraram que em testes de fratura por tração, em comparação com a matriz POM, a liga POM com TPU passou de fratura frágil para fratura dúctil. A adição de TPU também confere ao POM desempenho de memória de forma. A região cristalina do POM serve como fase fixa da liga com memória de forma, enquanto a região amorfa do TPU e POM amorfo serve como fase reversível. Quando a temperatura de resposta de recuperação é de 165 ℃ e o tempo de recuperação é de 120 segundos, a taxa de recuperação da liga atinge mais de 95% e o efeito de recuperação é o melhor.

O TPU é difícil de ser compatível com materiais poliméricos não polares, como polietileno, polipropileno, borracha de etileno propileno, borracha de butadieno, borracha de isopreno ou pó de borracha residual, e não pode ser usado para produzir compósitos com bom desempenho. Portanto, métodos de tratamento de superfície como plasma, corona, química úmida, primer, chama ou gás reativo são frequentemente usados ​​para este último. Por exemplo, a American Air Products and Chemicals Company realizou tratamento de superfície de gás ativo F2/O2 em pó fino de polietileno de altíssimo peso molecular com peso molecular de 3-5 milhões e adicionou-o ao elastômero de poliuretano em uma proporção de 10 %, o que pode melhorar significativamente seu módulo de flexão, resistência à tração e resistência ao desgaste. E o tratamento de superfície com gás ativo F2/O2 também pode ser aplicado às fibras curtas direcionalmente alongadas com um comprimento de 6-35 mm, o que pode melhorar a rigidez e a resistência ao rasgo do material compósito.

Quais são as áreas de aplicação do TPU?

Em 1958, a Goodrich Chemical Company (agora renomeada Lubrizol) registrou pela primeira vez a marca TPU Estane. Nos últimos 40 anos, existiram mais de 20 marcas em todo o mundo, e cada marca possui diversas séries de produtos. Atualmente, os principais fabricantes de matérias-primas de TPU no mundo são: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Como um excelente elastômero, o TPU possui uma ampla gama de produtos downstream, que são amplamente utilizados em necessidades diárias, artigos esportivos, brinquedos, materiais decorativos e outros campos. Abaixo estão alguns exemplos.

① Materiais para calçados

O TPU é usado principalmente em materiais para calçados devido à sua excelente elasticidade e resistência ao desgaste. Os calçados que contêm TPU são muito mais confortáveis ​​de usar do que os calçados normais, por isso são mais amplamente utilizados em calçados de alta qualidade, especialmente alguns calçados esportivos e casuais.

② Mangueiras

Devido à sua suavidade, boa resistência à tração, resistência ao impacto e resistência a altas e baixas temperaturas, as mangueiras TPU são amplamente utilizadas na China como mangueiras de gás e óleo para equipamentos mecânicos, como aeronaves, tanques, automóveis, motocicletas e máquinas-ferramentas.

③ Cabo

O TPU oferece resistência ao rasgo, resistência ao desgaste e características de flexão, sendo a resistência a altas e baixas temperaturas a chave para o desempenho do cabo. Assim, no mercado chinês, cabos avançados, como cabos de controle e cabos de alimentação, usam TPUs para proteger os materiais de revestimento de designs de cabos complexos, e suas aplicações estão se tornando cada vez mais difundidas.

④ Dispositivos médicos

O TPU é um material substituto de PVC seguro, estável e de alta qualidade, que não contém ftalatos e outras substâncias químicas nocivas e migra para o sangue ou outros líquidos no cateter médico ou bolsa médica para causar efeitos colaterais. Além disso, o TPU de grau de extrusão e grau de injeção especialmente desenvolvido pode ser facilmente usado com um pouco de depuração no equipamento de PVC existente.

⑤ Veículos e outros meios de transporte

Ao extrusar e revestir ambos os lados do tecido de náilon com elastômero termoplástico de poliuretano, podem ser feitas jangadas infláveis ​​de ataque de combate e jangadas de reconhecimento transportando de 3 a 15 pessoas, com desempenho muito melhor do que as jangadas infláveis ​​de borracha vulcanizada; O elastômero termoplástico de poliuretano reforçado com fibra de vidro pode ser usado para fabricar componentes da carroceria, como peças moldadas em ambos os lados do próprio carro, revestimentos de portas, pára-choques, faixas antifricção e grades.