Шта је термопластични полиуретански еластомер?
Полиуретански еластомер је разноврстан полиуретански синтетички материјал (друге врсте се односе на полиуретанску пену, полиуретански лепак, полиуретански премаз и полиуретанска влакна), а термопластични полиуретански еластомер је једна од три врсте полиуретанског еластомера. Људи га обично називају ТПУ (друге две главне врсте полиуретанских еластомера су ливени полиуретански еластомери, скраћено ЦПУ, и мешани полиуретански еластомери, скраћено МПУ).
ТПУ је врста полиуретанског еластомера који се може пластификовати загревањем и растворити растварачем. У поређењу са ЦПУ и МПУ, ТПУ има мало или нимало хемијског умрежавања у својој хемијској структури. Његов молекуларни ланац је у основи линеаран, али постоји одређена количина физичког умрежавања. Ово је термопластични полиуретански еластомер који има веома карактеристичну структуру.
Структура и класификација ТПУ
Термопластични полиуретански еластомер је (AB) блок линеарни полимер. А представља полимерни полиол (естар или полиетар, молекулске тежине од 1000~6000) са високом молекулском тежином, назван дуги ланац; Б представља диол који садржи 2-12 равноланчаних атома угљеника, назван кратки ланац.
У структури термопластичног полиуретанског еластомера, сегмент А се назива меки сегмент, који има карактеристике флексибилности и мекоће, што ТПУ чини растегљивим; уретански ланац генерисан реакцијом између сегмента Б и изоцијаната назива се тврди сегмент, који има и крута и тврда својства. Подешавањем односа сегмената А и Б, добијају се ТПУ производи са различитим физичким и механичким својствима.
Према структури меког сегмента, може се поделити на полиестерски тип, полиетерски тип и бутадиенски тип, који респективно садрже естарску групу, етарску групу или бутенску групу. Према структури тврдог сегмента, може се поделити на уретански тип и уретан-уреа тип, који се респективно добијају од етилен гликолних или диаминских продужавача ланца. Уобичајена класификација је подељена на полиестерски и полиетерски тип.
Које су сировине за синтезу ТПУ?
(1) Полимер диол
Макромолекуларни диол са молекулском тежином у распону од 500 до 4000 и бифункционалним групама, са садржајем од 50% до 80% у ТПУ еластомеру, игра одлучујућу улогу у физичким и хемијским својствима ТПУ-а.
Полимерни диол погодан за ТПУ еластомер може се поделити на полиестер и полиетер: полиестер укључује политетраметилен адипинску киселину гликол (ПБА), ε PCL, ПХЦ; полиетери укључују полиоксипропилен етар гликол (ППГ), тетрахидрофуран полиетар гликол (ПТМГ) итд.
(2) Диизоцијанат
Молекуларна тежина је мала, али функција је изванредна, што не само да игра улогу повезивања меког и тврдог сегмента, већ и даје ТПУ разним добрим физичким и механичким својствима. Диизоцијанати који се могу применити на ТПУ су: метилен дифенил диизоцијанат (MDI), метилен бис(-4-циклохексил изоцијанат) (HMDI), п-фенилдиизоцијанат (PPDI), 1,5-нафтален диизоцијанат (NDI), п-фенилдиметил диизоцијанат (PXDI), итд.
(3) Продужетак ланца
Екстендер ланца са молекулском тежином од 100~350, који припада маломолекуларном диолу, мале молекулске тежине, отворене структуре ланца и без супституентске групе, погодан је за добијање високе тврдоће и велике скаларне тежине ТПУ. Екстендери ланца погодни за ТПУ укључују 1,4-бутандиол (BDO), 1,4-бис(2-хидроксиетокси)бензен (HQEE), 1,4-циклохександиметанол (CHDM), п-фенилдиметилгликол (PXG) итд.
Модификациона примена ТПУ као средства за очвршћавање
Да би се смањили трошкови производа и постигле додатне перформансе, полиуретански термопластични еластомери могу се користити као уобичајена средства за очвршћавање за очвршћавање различитих термопластичних и модификованих гумених материјала.
Због своје високе поларности, полиуретан може бити компатибилан са поларним смолама или гумама, као што је хлорисани полиетилен (CPE), који се може користити за израду медицинских производа; Мешање са ABS-ом може заменити инжењерске термопласте; Када се користи у комбинацији са поликарбонатом (PC), има својства као што су отпорност на уље, отпорност на гориво и отпорност на ударце, и може се користити за израду каросерија аутомобила; Када се комбинује са полиестером, његова жилавост се може побољшати; Поред тога, може бити добро компатибилан са PVC-ом, полиоксиметиленом или PVDC-ом; Полиестер полиуретан може бити добро компатибилан са 15% нитрилне гуме или 40% мешавином нитрилне гуме/PVC-а; Полиетер полиуретан такође може бити добро компатибилан са лепком од 40% нитрилне гуме/поливинилхлорида; Такође може бити кокомпатибилан са акрилонитрил стирен (SAN) кополимерима; Може формирати интерпенетрирајуће мрежне (IPN) структуре са реактивним полисилоксанима. Велика већина горе поменутих мешаних лепкова је већ званично произведена.
Последњих година, у Кини је све више истраживања о очвршћавању ПОМ-а помоћу ТПУ-а. Мешање ТПУ-а и ПОМ-а не само да побољшава отпорност на високе температуре и механичка својства ТПУ-а, већ и значајно очвршћује ПОМ. Неки истраживачи су показали да је у тестовима затезног лома, у поређењу са ПОМ матрицом, ПОМ легура са ТПУ-ом прешла из кртог лома у дуктилни лом. Додавање ТПУ-а такође даје ПОМ-у перформансе меморије облика. Кристална област ПОМ-а служи као фиксна фаза легуре са меморијом облика, док аморфна област аморфног ТПУ-а и ПОМ-а служи као реверзибилна фаза. Када је температура опоравка 165 ℃, а време опоравка 120 секунди, стопа опоравка легуре достиже преко 95%, а ефекат опоравка је најбољи.
ТПУ је тешко компатибилан са неполарним полимерним материјалима као што су полиетилен, полипропилен, етилен пропилен гума, бутадиен гума, изопренска гума или прах отпадне гуме и не може се користити за производњу композита са добрим перформансама. Због тога се за ово друго често користе методе површинске обраде као што су плазма, корона, мокра хемија, прајмер, пламен или реактивни гас. На пример, компанија American Air Products and Chemicals је извршила површинску обраду активним гасом F2/O2 на фином праху полиетилена ултра високе молекулске тежине са молекулском тежином од 3-5 милиона и додала га полиуретанском еластомеру у односу од 10%, што може значајно побољшати његов модул савијања, затезну чврстоћу и отпорност на хабање. Површинска обрада активним гасом F2/O2 може се применити и на усмерено издужена кратка влакна дужине 6-35 мм, што може побољшати крутост и жилавост на кидање композитног материјала.
Која су подручја примене ТПУ-а?
Године 1958, компанија Goodrich Chemical Company (сада преименована у Lubrizol) први пут је регистровала ТПУ бренд Estane. Током протеклих 40 година, широм света је постојало више од 20 брендова, а сваки бренд има неколико серија производа. Тренутно, главни произвођачи ТПУ сировина у свету су: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding итд.
Као одличан еластомер, ТПУ има широк спектар производа који се широко користе у свакодневним потрепштинама, спортској роби, играчкама, декоративним материјалима и другим областима. У наставку је наведено неколико примера.
① Материјали за обућу
ТПУ се углавном користи за материјале за обућу због своје одличне еластичности и отпорности на хабање. Производи обуће који садрже ТПУ су много удобнији за ношење од обичне обуће, па се шире користе у луксузним производима обуће, посебно у неким спортским и лежерним ципелама.
② Црева
Због своје мекоће, добре затезне чврстоће, ударне чврстоће и отпорности на високе и ниске температуре, ТПУ црева се широко користе у Кини као црева за гас и нафту за механичку опрему као што су авиони, тенкови, аутомобили, мотоцикли и машински алати.
③ Кабл
ТПУ пружа отпорност на кидање, отпорност на хабање и карактеристике савијања, при чему је отпорност на високе и ниске температуре кључна за перформансе кабла. Стога се на кинеском тржишту, напредни каблови попут контролних каблова и каблова за напајање користе ТПУ за заштиту материјала премаза сложених дизајна каблова, а њихова примена постаје све шира.
④ Медицински уређаји
ТПУ је безбедан, стабилан и висококвалитетан материјал за замену ПВЦ-а, који не садржи фталат и друге хемијске штетне супстанце и мигрираће у крв или друге течности у медицинском катетеру или медицинској кеси, изазивајући нежељене ефекте. Штавише, специјално развијени ТПУ екструзионог и бризганог квалитета може се лако користити уз мало отклањања грешака у постојећој ПВЦ опреми.
⑤ Возила и друга превозна средства
Екструдирањем и премазивањем обе стране најлонске тканине полиуретанским термопластичним еластомером, могу се направити надувни борбени сплавови за напад и извиђачки сплавови који превозе 3-15 људи, са много бољим перформансама од вулканизованих гумених надувних сплавова; Полиуретански термопластични еластомер ојачан стакленим влакнима може се користити за израду компоненти каросерије као што су ливени делови на обе стране самог аутомобила, облоге врата, браници, траке против трења и решетке.
Време објаве: 10. јануар 2021.