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 à 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. As pessoas geralmente se referem a ele como TPU (os outros dois principais tipos de elastômeros de poliuretano são os elastômeros de poliuretano fundido, abreviados como CPU, e os elastômeros de poliuretano misto, 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 que possui uma 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 a 6000) de alto peso molecular, denominado cadeia longa; B representa um diol contendo 2 a 12 átomos de carbono de cadeia reta, denominado cadeia curta.

Na estrutura do elastômero de poliuretano termoplástico, o segmento A é denominado segmento macio, que possui as características de flexibilidade e maciez, conferindo ao TPU extensibilidade; a cadeia de uretano gerada pela reação entre o segmento B e o isocianato é denominada segmento rígido, que possui propriedades rígidas e duras. Ajustando a proporção dos segmentos A e B, são produzidos produtos de TPU com diferentes propriedades físicas e mecânicas.

De acordo com a estrutura do segmento macio, 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, que são obtidos, respectivamente, 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 de TPU?

(1) Diol Polímero

O diol macromolecular com peso molecular variando de 500 a 4000 e grupos bifuncionais, com um conteúdo de 50% a 80% no elastômero TPU, desempenha um papel decisivo nas propriedades físicas e químicas do TPU.

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

(2) Diisocianato

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

(3) Extensor de corrente

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

Aplicação de modificação de TPU como agente de endurecimento

Para reduzir os custos do produto e obter desempenho adicional, 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 ou borrachas polares, como polietileno clorado (CPE), que pode ser usado para fazer produtos médicos; A mistura com ABS pode substituir termoplásticos de engenharia para uso; Quando usado em combinação com policarbonato (PC), ele tem propriedades como resistência a óleo, resistência a combustível e resistência a impacto, e pode ser usado para fazer carrocerias de automóveis; Quando combinado com poliéster, sua tenacidade pode ser melhorada; Além disso, pode ser bem compatível com PVC, polioximetileno ou PVDC; O poliuretano de poliéster pode ser bem compatível com 15% de borracha nitrílica ou 40% de borracha nitrílica/mistura de PVC; O poliuretano de poliéter também pode ser bem compatível com adesivo de mistura de 40% de borracha nitrílica/cloreto de polivinila; Também pode ser cocompatível com copolímeros de acrilonitrila estireno (SAN); Pode formar estruturas de rede interpenetrante (IPN) com polissiloxanos reativos. A grande maioria dos adesivos misturados acima mencionados já foram produzidos oficialmente.

Nos últimos anos, tem havido um aumento na pesquisa sobre a tenacidade do POM por TPU na China. A mistura de TPU e POM não só melhora a resistência a altas temperaturas e as propriedades mecânicas do TPU, como também torna o POM significativamente mais tenaz. Alguns pesquisadores demonstraram que, em testes de fratura por tração, em comparação com a matriz de POM, a liga de 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 a fase fixa da liga com memória de forma, enquanto a região amorfa do TPU e POM amorfos serve como a fase reversível. Quando a temperatura de resposta de recuperação é de 165 °C 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 o tratamento de superfície com gás ativo F2/O2 em pó fino de polietileno de ultra-alto peso molecular com um 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 alongadas direcionalmente com um comprimento de 6-35 mm, o que pode melhorar a rigidez e a tenacidade ao rasgo do material compósito.

Quais são as áreas de aplicação do TPU?

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

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

① Materiais para calçados

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

2 Mangueiras

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-ferramentas.

3 Cabo

O TPU oferece resistência ao rasgo, ao desgaste e à 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 energia, utilizam TPUs para proteger os materiais de revestimento de projetos complexos de cabos, e suas aplicações estão se tornando cada vez mais difundidas.

④ Dispositivos médicos

O TPU é um material substituto do 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 na bolsa médica, causando efeitos colaterais. Além disso, o TPU de grau de extrusão e injeção especialmente desenvolvido pode ser facilmente utilizado com um pouco de ajuste nos equipamentos de PVC existentes.

⑤ Veículos e outros meios de transporte

Ao extrudar e revestir ambos os lados do tecido de náilon com elastômero termoplástico de poliuretano, é possível fabricar botes infláveis ​​de combate e reconhecimento que transportam de 3 a 15 pessoas, com desempenho muito melhor do que botes 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, para-choques, faixas antifricção e grades.