Какво е термопластичен полиуретанов еластомер?
Полиуретановият еластомер е разновидност на полиуретанови синтетични материали (други разновидности се отнасят до полиуретанова пяна, полиуретаново лепило, полиуретаново покритие и полиуретанови влакна), а термопластичният полиуретанов еластомер е един от трите вида полиуретанови еластомери. Обикновено го наричат TPU (другите два основни вида полиуретанови еластомери са ляти полиуретанови еластомери, съкратено CPU, и смесени полиуретанови еластомери, съкратено MPU).
TPU е вид полиуретанов еластомер, който може да се пластифицира чрез нагряване и да се разтваря с разтворител. В сравнение с CPU и MPU, TPU има малко или никакво химическо омрежване в химическата си структура. Молекулярната му верига е основно линейна, но има известно количество физическо омрежване. Това е термопластичен полиуретанов еластомер с много характерна структура.
Структура и класификация на ТПУ
Термопластичният полиуретанов еластомер е (AB) блоков линеен полимер. А представлява полимерен полиол (естер или полиетер, молекулно тегло от 1000~6000) с високо молекулно тегло, наречен дълговерижен; B представлява диол, съдържащ 2-12 въглеродни атома с права верига, наречен късоверижен.
В структурата на термопластичния полиуретанов еластомер, сегмент А се нарича мек сегмент, който притежава характеристиките на гъвкавост и мекота, което прави TPU разтеглив; уретановата верига, генерирана от реакцията между сегмента B и изоцианата, се нарича твърд сегмент, който има както твърди, така и твърди свойства. Чрез регулиране на съотношението на сегментите A и B се получават TPU продукти с различни физични и механични свойства.
Според структурата на меките сегменти, те могат да бъдат разделени на полиестерен тип, полиетерен тип и бутадиенов тип, които съответно съдържат естерна група, етерна група или бутенова група. Според структурата на твърдите сегменти, те могат да бъдат разделени на уретанов тип и уретаново-уреен тип, които съответно се получават от етиленгликолови удължители на веригата или диаминни удължители на веригата. Общата класификация е полиестерен тип и полиетер.
Какви са суровините за синтеза на TPU?
(1) Полимер диол
Макромолекулният диол с молекулно тегло от 500 до 4000 и бифункционални групи, със съдържание от 50% до 80% в TPU еластомера, играе решаваща роля във физичните и химичните свойства на TPU.
Полимерният диол, подходящ за TPU еластомер, може да бъде разделен на полиестер и полиетер: полиестерът включва политетраметилен, адипинова киселина гликол (PBA), ε PCL, PHC; полиетерите включват полиоксипропилен етер гликол (PPG), тетрахидрофуран полиетер гликол (PTMG) и др.
(2) Диизоцианат
Молекулното тегло е малко, но функцията е изключителна, като не само играе ролята на свързване на мекия и твърдия сегмент, но и придава на TPU различни добри физични и механични свойства. Диизоцианатите, приложими за TPU, са: метилен дифенил диизоцианат (MDI), метилен бис(-4-циклохексил изоцианат) (HMDI), p-фенилдиизоцианат (PPDI), 1,5-нафтален диизоцианат (NDI), p-фенилдиметил диизоцианат (PXDI) и др.
(3) Удължител на веригата
Удължителят на веригата с молекулно тегло от 100 до 350, принадлежащ към нискомолекулен диол, с малко молекулно тегло, отворена структура на веригата и липса на заместителна група, е благоприятен за получаване на висока твърдост и високо скаларно тегло на TPU. Подходящите удължители на веригата за TPU включват 1,4-бутандиол (BDO), 1,4-бис(2-хидроксиетокси)бензен (HQEE), 1,4-циклохександиметанол (CHDM), p-фенилдиметилгликол (PXG) и др.
Модифициране на TPU като закаляващ агент
За да се намалят разходите за продукти и да се получат допълнителни характеристики, полиуретановите термопластични еластомери могат да се използват като често използвани втвърдяващи агенти за втвърдяване на различни термопластични и модифицирани каучукови материали.
Поради високата си полярност, полиуретанът може да бъде съвместим с полярни смоли или каучуци, като хлориран полиетилен (CPE), които могат да се използват за производството на медицински продукти; Смесването с ABS може да замести инженерните термопласти; Когато се използва в комбинация с поликарбонат (PC), той притежава свойства като устойчивост на масло, устойчивост на гориво и удар и може да се използва за производството на автомобилни каросерии; Когато се комбинира с полиестер, неговата здравина може да се подобри; Освен това, той може да бъде добре съвместим с PVC, полиоксиметилен или PVDC; Полиестерният полиуретан може да бъде добре съвместим с 15% нитрилен каучук или 40% смес от нитрилен каучук/PVC; Полиетерният полиуретан може също да бъде добре съвместим с лепило от 40% нитрилен каучук/поливинилхлорид; Той може също да бъде косъвместим със съполимери на акрилонитрил стирен (SAN); Може да образува взаимопроникващи мрежови (IPN) структури с реактивни полисилоксани. По-голямата част от гореспоменатите смесени лепила вече са официално произведени.
През последните години в Китай се наблюдава нарастващ интерес към закаляването на POM с TPU. Смесването на TPU и POM не само подобрява устойчивостта на високи температури и механичните свойства на TPU, но също така значително закалява POM. Някои изследователи са показали, че при тестове за опънно разрушаване, в сравнение с POM матрицата, POM сплавта с TPU е преминала от крехко разрушаване към пластично разрушаване. Добавянето на TPU също така придава на POM характеристики на памет на формата. Кристалната област на POM служи като фиксирана фаза на сплавта с памет на формата, докато аморфната област на аморфния TPU и POM служи като обратима фаза. Когато температурата на възстановяване е 165 ℃ и времето за възстановяване е 120 секунди, степента на възстановяване на сплавта достига над 95% и ефектът на възстановяване е най-добър.
TPU е трудно съвместим с неполярни полимерни материали като полиетилен, полипропилен, етиленпропиленов каучук, бутадиенов каучук, изопренов каучук или прах от отпадъчна гума и не може да се използва за производство на композити с добри характеристики. Поради това, за последните често се използват методи за повърхностна обработка като плазма, корона, мокра химия, грунд, пламък или реактивен газ. Например, American Air Products and Chemicals Company е извършила повърхностна обработка с активен газ F2/O2 върху фин прах от полиетилен с ултрависоко молекулно тегло с молекулно тегло от 3-5 милиона и го е добавила към полиуретанов еластомер в съотношение 10%, което може значително да подобри модула на огъване, якостта на опън и износоустойчивостта. Повърхностната обработка с активен газ F2/O2 може да се приложи и върху насочено удължени къси влакна с дължина 6-35 мм, което може да подобри твърдостта и якостта на разкъсване на композитния материал.
Какви са областите на приложение на TPU?
През 1958 г. Goodrich Chemical Company (сега преименувана на Lubrizol) регистрира за първи път марката TPU Estane. През последните 40 години по света има повече от 20 марки, като всяка марка има няколко серии продукти. В момента основните производители на суровини за TPU в света са: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding и др.
Като отличен еластомер, TPU се използва в широка гама от продукти, които се използват широко в стоки от първа необходимост, спортни стоки, играчки, декоративни материали и други области. По-долу са дадени няколко примера.
① Материали за обувки
TPU се използва главно за материали за обувки поради отличната си еластичност и износоустойчивост. Обувните продукти, съдържащи TPU, са много по-удобни за носене от обикновените обувки, така че те се използват по-широко във висок клас обувки, особено в някои спортни и ежедневни обувки.
② Маркучи
Поради своята мекота, добра якост на опън, ударна якост и устойчивост на високи и ниски температури, TPU маркучите се използват широко в Китай като газови и нефтени маркучи за механично оборудване, като самолети, танкове, автомобили, мотоциклети и машинни инструменти.
③ Кабел
TPU осигурява устойчивост на разкъсване, износоустойчивост и характеристики на огъване, като устойчивостта на високи и ниски температури е ключова за производителността на кабела. Така че на китайския пазар, съвременните кабели, като контролни кабели и силови кабели, използват TPU за защита на покритията на сложни кабелни конструкции и приложенията им стават все по-широко разпространени.
④ Медицински изделия
TPU е безопасен, стабилен и висококачествен заместител на PVC, който не съдържа фталати и други химически вредни вещества и ще мигрира в кръвта или други течности в медицинския катетър или медицинската торбичка, причинявайки странични ефекти. Освен това, специално разработеният TPU с екструдиран и инжекционен клас може лесно да се използва с малко отладка в съществуващото PVC оборудване.
⑤ Превозни средства и други транспортни средства
Чрез екструдиране и покриване на двете страни на найлонова тъкан с полиуретанов термопластичен еластомер могат да се изработят надуваеми бойни салове за нападение и разузнавателни салове, превозващи 3-15 души, с много по-добри характеристики от надуваемите салове от вулканизиран каучук; Полиуретановият термопластичен еластомер, подсилен със стъклени влакна, може да се използва за изработка на компоненти на каросерията, като например формовани части от двете страни на самия автомобил, облицовки на врати, брони, антифрикционни ленти и решетки.
Време на публикуване: 10 януари 2021 г.