En 1958, Goodrich Chemical Company (ahora Lubrizol) registró por primera vez la marca de TPU Estane. En los últimos 40 años, han surgido más de 20 marcas en todo el mundo, y cada una cuenta con varias series de productos. Actualmente, entre los principales fabricantes de materia prima de TPU se encuentran BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, Wanhua Chemical Group, Shanghai Heng'an, Ruihua y Xuchuan Chemical, entre otros.
1. Categoría de TPU
Según la estructura del segmento blando, se puede dividir en tipo poliéster, tipo poliéter y tipo butadieno, que contienen respectivamente grupos éster, éter o buteno.
Según la estructura del segmento rígido, se puede dividir en tipo uretano y tipo uretano-urea, que se obtienen respectivamente a partir de extensores de cadena de etilenglicol o extensores de cadena de diamina. La clasificación común se divide en tipo poliéster y tipo poliéter.
Según la presencia o ausencia de reticulación, se puede dividir en termoplástico puro y semitermoplástico.
El primero tiene una estructura lineal pura y no presenta enlaces cruzados; el segundo contiene una pequeña cantidad de enlaces cruzados, como el éster del ácido alofánico.
Según el uso de los productos terminados, estos se pueden dividir en piezas perfiladas (diversos elementos de máquinas), tuberías (revestimientos, perfiles de barras), películas (láminas, placas delgadas), adhesivos, recubrimientos, fibras, etc.
2. Síntesis de TPU
El TPU pertenece al poliuretano en términos de estructura molecular. Entonces, ¿cómo se agrega?
Según los diferentes procesos de síntesis, se divide principalmente en polimerización en masa y polimerización en solución.
En la polimerización en masa, también se puede dividir en método de prepolimerización y método de un solo paso, según la presencia o ausencia de una reacción previa:
El método de prepolimerización consiste en hacer reaccionar diisocianato con dioles macromoleculares durante un cierto período de tiempo antes de añadir la extensión de cadena para producir TPU;
El método de un solo paso consiste en mezclar y hacer reaccionar simultáneamente dioles macromoleculares, diisocianatos y extensores de cadena para formar TPU.
La polimerización en solución implica primero disolver el diisocianato en un disolvente, luego añadir dioles macromoleculares para que reaccionen durante un cierto período de tiempo y, finalmente, añadir extensores de cadena para generar TPU.
El tipo de segmento blando de TPU, el peso molecular, el contenido de segmento duro o blando y el estado de agregación del TPU pueden afectar la densidad del TPU, que tiene una densidad aproximada de 1,10-1,25, y no hay una diferencia significativa en comparación con otros cauchos y plásticos.
Con la misma dureza, la densidad del TPU de tipo poliéter es menor que la del TPU de tipo poliéster.
3. Procesamiento de TPU
Las partículas de TPU requieren varios procesos para formar el producto final, principalmente utilizando métodos de fusión y solución para el procesamiento del TPU.
El procesamiento por fusión es un proceso comúnmente utilizado en la industria del plástico, como la mezcla, el laminado, la extrusión, el moldeo por soplado y el moldeo;
El procesamiento de soluciones es el proceso de preparar una solución disolviendo partículas en un disolvente o polimerizándolas directamente en un disolvente, y luego recubriéndolas, hilando, etc.
El producto final fabricado con TPU generalmente no requiere una reacción de reticulación por vulcanización, lo que puede acortar el ciclo de producción y reciclar los materiales de desecho.
4. Rendimiento del TPU
El TPU posee un módulo de elasticidad elevado, alta resistencia, alta elongación y elasticidad, excelente resistencia al desgaste, resistencia al aceite, resistencia a bajas temperaturas y resistencia al envejecimiento.
La alta resistencia a la tracción, la alta elongación y la baja tasa de deformación permanente por compresión a largo plazo son ventajas significativas del TPU.
XiaoU se centrará principalmente en las propiedades mecánicas del TPU desde aspectos como la resistencia a la tracción y la elongación, la resiliencia, la dureza, etc.
Alta resistencia a la tracción y alta elongación.
El TPU posee una excelente resistencia a la tracción y elongación. Según los datos de la figura siguiente, podemos observar que la resistencia a la tracción y la elongación del TPU de tipo poliéter son mucho mejores que las del plástico de cloruro de polivinilo y el caucho.
Además, el TPU puede cumplir con los requisitos de la industria alimentaria con pocos o ningún aditivo durante el procesamiento, algo que también es difícil de lograr para otros materiales como el PVC y el caucho.
La resiliencia es muy sensible a la temperatura.
La resiliencia del TPU se refiere a la rapidez con la que recupera su estado original tras aliviarse la tensión de deformación, expresada como energía de recuperación, que es la relación entre el trabajo de retracción de la deformación y el trabajo necesario para producirla. Depende del módulo dinámico y de la fricción interna del cuerpo elástico, y es muy sensible a la temperatura.
La recuperación disminuye con la disminución de la temperatura hasta alcanzar una temperatura determinada, momento en el que la elasticidad vuelve a aumentar rápidamente. Esta temperatura corresponde a la temperatura de cristalización del segmento blando, determinada por la estructura del diol macromolecular. El TPU de tipo poliéter presenta una menor elasticidad que el TPU de tipo poliéster. A temperaturas inferiores a la de cristalización, el elastómero se endurece considerablemente y pierde elasticidad. Por lo tanto, su resiliencia es similar a la de un rebote en la superficie de un metal duro.
El rango de dureza es Shore A60-D80.
La dureza es un indicador de la capacidad de un material para resistir la deformación, el rayado y el desgaste.
La dureza del TPU se suele medir utilizando durómetros Shore A y Shore D, empleándose Shore A para los TPU más blandos y Shore D para los TPU más duros.
La dureza del TPU se puede ajustar modificando la proporción de segmentos de cadena blandos y duros. Por lo tanto, el TPU presenta un rango de dureza relativamente amplio, que va desde Shore A60 hasta D80, abarcando la dureza del caucho y del plástico, y posee una alta elasticidad en todo su rango de dureza.
A medida que cambia la dureza, algunas propiedades del TPU pueden modificarse. Por ejemplo, un aumento en la dureza del TPU conlleva cambios en su rendimiento, como un mayor módulo de elasticidad y resistencia al desgarro, mayor rigidez y resistencia a la compresión (capacidad de carga), menor elongación, mayor densidad y generación de calor dinámico, y mayor resistencia ambiental.
5. Aplicación de TPU
Como elastómero excelente, el TPU tiene una amplia gama de aplicaciones en diversos productos y se utiliza ampliamente en artículos de uso diario, artículos deportivos, juguetes, materiales decorativos y otros campos.
Materiales para calzado
El TPU se utiliza principalmente en la fabricación de calzado debido a su excelente elasticidad y resistencia al desgaste. Los productos de calzado que contienen TPU son mucho más cómodos que el calzado convencional, por lo que se utilizan con mayor frecuencia en calzado de alta gama, especialmente en algunos modelos deportivos y casuales.
manguera
Debido a su suavidad, buena resistencia a la tracción, resistencia al impacto y resistencia a altas y bajas temperaturas, las mangueras de TPU se utilizan ampliamente en China como mangueras de gas y aceite para equipos mecánicos como aeronaves, tanques, automóviles, motocicletas y máquinas herramienta.
cable
El TPU proporciona resistencia al desgarro, al desgaste y a la flexión, siendo la resistencia a altas y bajas temperaturas la clave del rendimiento del cable. Por ello, en el mercado chino, los cables avanzados, como los de control y los de alimentación, utilizan TPU para proteger los materiales de recubrimiento de diseños de cables complejos, y su uso se está extendiendo cada vez más.
Dispositivos médicos
El TPU es un material sustituto del PVC seguro, estable y de alta calidad, que no contiene ftalatos ni otras sustancias químicas nocivas, y que no migra a la sangre ni a otros fluidos en catéteres o bolsas médicas, evitando así efectos secundarios. Además, se trata de un TPU especialmente desarrollado para extrusión e inyección.
película
La película de TPU es una película delgada fabricada a partir de material granular de TPU mediante procesos especiales como laminación, fundición, soplado y recubrimiento. Gracias a su alta resistencia, resistencia al desgaste, buena elasticidad y resistencia a la intemperie, las películas de TPU se utilizan ampliamente en la industria, en materiales para calzado, prendas de vestir, automoción, química, electrónica, medicina y otros campos.
Fecha de publicación: 5 de febrero de 2020