¿Qué es el elastómero de poliuretano termoplástico?

¿Qué es el elastómero de poliuretano termoplástico?

El elastómero de poliuretano es una variedad de materiales sintéticos de poliuretano (otras variedades se refieren a espuma de poliuretano, adhesivo de poliuretano, revestimiento de poliuretano y fibra de poliuretano), y el elastómero de poliuretano termoplástico es uno de los tres tipos de elastómero de poliuretano, la gente comúnmente se refiere a él como TPU (los otros dos tipos principales de elastómeros de poliuretano son los elastómeros de poliuretano fundido, abreviados como CPU, y los elastómeros de poliuretano mixtos, abreviados como MPU).

El TPU es un elastómero de poliuretano que se puede plastificar mediante calor y disolver con disolvente. En comparación con las CPU y las MPU, el TPU presenta poca o ninguna reticulación química en su estructura. Su cadena molecular es básicamente lineal, pero presenta cierta reticulación física. Este elastómero de poliuretano termoplástico presenta una estructura muy característica.

Estructura y clasificación del TPU

El elastómero de poliuretano termoplástico es un polímero lineal en bloque (AB). A representa un poliol polimérico (éster o poliéter, con un peso molecular de 1000 a 6000) de alto peso molecular, denominado de cadena larga; B representa un diol con 2-12 átomos de carbono de cadena lineal, denominado de cadena corta.

En la estructura del elastómero de poliuretano termoplástico, el segmento A se denomina segmento blando, y posee las características de flexibilidad y suavidad, lo que le confiere al TPU extensibilidad. La cadena de uretano generada por la reacción entre el segmento B y el isocianato se denomina segmento duro, con propiedades tanto rígidas como duras. Ajustando la proporción de los segmentos A y B, se obtienen productos de TPU con diferentes propiedades físicas y mecánicas.

Según la estructura del segmento blando, se puede dividir en poliéster, poliéter y butadieno, que contienen, respectivamente, grupos éster, éter o buteno. Según la estructura del segmento duro, se puede dividir en uretano y uretano-urea, que se obtienen a partir de extensores de cadena de etilenglicol o diamina. La clasificación común se divide en poliéster y poliéter.

¿Cuáles son las materias primas para la síntesis de TPU?

(1) Diol polimérico

El diol macromolecular con un peso molecular que varía de 500 a 4000 y grupos bifuncionales, con un contenido de 50% a 80% en elastómero de TPU, juega un papel decisivo en las propiedades físicas y químicas del TPU.

El polímero diol adecuado para elastómero de TPU se puede dividir en poliéster y poliéter: el poliéster incluye politetrametileno glicol de ácido adípico (PBA) ε PCL, PHC; los poliéteres incluyen polioxipropilen éter glicol (PPG), tetrahidrofurano poliéter glicol (PTMG), etc.

(2) Diisocianato

El peso molecular es bajo, pero su función es excepcional, ya que no solo conecta el segmento blando con el duro, sino que también confiere al TPU buenas propiedades físicas y mecánicas. Los diisocianatos aplicables al TPU son: diisocianato de metilendifenilo (MDI), metilenbis(-4-ciclohexil isocianato) (HMDI), p-fenildiisocianato (PPDI), 1,5-naftalenodiisocianato (NDI), p-fenildimetildiisocianato (PXDI), etc.

(3) Extensor de cadena

El extensor de cadena con un peso molecular de 100 a 350, perteneciente a un diol de bajo peso molecular, con estructura de cadena abierta y sin grupos sustituyentes, favorece la obtención de TPU de alta dureza y alto peso escalar. Entre los extensores de cadena adecuados para TPU se incluyen el 1,4-butanodiol (BDO), el 1,4-bis(2-hidroxietoxi)benceno (HQEE), el 1,4-ciclohexanodimetanol (CHDM), el p-fenildimetilglicol (PXG), etc.

Aplicación de modificación de TPU como agente endurecedor

Para reducir los costos del producto y obtener un rendimiento adicional, los elastómeros termoplásticos de poliuretano se pueden utilizar como agentes endurecedores de uso común para endurecer diversos materiales termoplásticos y de caucho modificado.

Debido a su alta polaridad, el poliuretano puede ser compatible con resinas polares o cauchos, como el polietileno clorado (CPE), que se puede usar para fabricar productos médicos; La mezcla con ABS puede reemplazar a los termoplásticos de ingeniería para su uso; Cuando se usa en combinación con policarbonato (PC), tiene propiedades como resistencia al aceite, resistencia al combustible y resistencia al impacto, y se puede usar para fabricar carrocerías de automóviles; Cuando se combina con poliéster, se puede mejorar su tenacidad; Además, puede ser muy compatible con PVC, polioximetileno o PVDC; El poliuretano de poliéster puede ser muy compatible con una mezcla de caucho de nitrilo al 15% o de caucho de nitrilo al 40%/PVC; El poliuretano de poliéter también puede ser muy compatible con un adhesivo de mezcla de caucho de nitrilo al 40%/cloruro de polivinilo; También puede ser cocompatible con copolímeros de acrilonitrilo estireno (SAN); Puede formar estructuras de red interpenetrante (IPN) con polisiloxanos reactivos. La gran mayoría de los adhesivos mezclados mencionados anteriormente ya se han producido oficialmente.

En los últimos años, ha habido una creciente investigación sobre el endurecimiento de POM por TPU en China. La mezcla de TPU y POM no solo mejora la resistencia a altas temperaturas y las propiedades mecánicas del TPU, sino que también endurece significativamente el POM. Algunos investigadores han demostrado que en pruebas de fractura por tracción, en comparación con la matriz de POM, la aleación de POM con TPU ha pasado de fractura frágil a fractura dúctil. La adición de TPU también dota al POM con rendimiento de memoria de forma. La región cristalina del POM sirve como la fase fija de la aleación con memoria de forma, mientras que la región amorfa del TPU y POM amorfos sirve como la fase reversible. Cuando la temperatura de respuesta de recuperación es de 165 ℃ y el tiempo de recuperación es de 120 segundos, la tasa de recuperación de la aleación alcanza más del 95% y el efecto de recuperación es el mejor.

El TPU es difícil de ser compatible con materiales poliméricos no polares como el polietileno, polipropileno, caucho de etileno propileno, caucho de butadieno, caucho de isopreno o polvo de caucho de desecho, y no puede usarse para producir compuestos con buen rendimiento. Por lo tanto, los métodos de tratamiento de superficie como plasma, corona, química húmeda, imprimación, llama o gas reactivo se utilizan a menudo para este último. Por ejemplo, la empresa American Air Products and Chemicals Company ha llevado a cabo un tratamiento de superficie de gas activo F2/O2 en polvo fino de polietileno de peso molecular ultraalto con un peso molecular de 3-5 millones, y lo ha añadido a elastómero de poliuretano en una proporción del 10%, lo que puede mejorar significativamente su módulo de flexión, resistencia a la tracción y resistencia al desgaste. Y el tratamiento de superficie de gas activo F2/O2 también se puede aplicar a las fibras cortas direccionalmente alargadas con una longitud de 6-35 mm, lo que puede mejorar la rigidez y la tenacidad al desgarro del material compuesto.

¿Cuáles son las áreas de aplicación del TPU?

En 1958, Goodrich Chemical Company (ahora Lubrizol) registró por primera vez la marca de TPU Estane. En los últimos 40 años, se han registrado más de 20 marcas en todo el mundo, cada una con varias series de productos. Actualmente, los principales fabricantes de materia prima de TPU a nivel mundial son: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

Como excelente elastómero, el TPU se utiliza en una amplia gama de productos derivados, ampliamente utilizados en artículos de primera necesidad, artículos deportivos, juguetes, materiales decorativos y otros campos. A continuación, se presentan algunos ejemplos.

① Materiales del calzado

El TPU se utiliza principalmente en calzado debido a su excelente elasticidad y resistencia al desgaste. El calzado con TPU es mucho más cómodo que el calzado convencional, por lo que se utiliza más en calzado de alta gama, especialmente en calzado deportivo y casual.

② Mangueras

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 petróleo para equipos mecánicos como aviones, tanques, automóviles, motocicletas y máquinas herramientas.

③ Cable

El TPU proporciona resistencia al desgarro, al desgaste y a la flexión, siendo la resistencia a altas y bajas temperaturas la clave para el rendimiento del cable. Por ello, en el mercado chino, cables avanzados como los de control y de alimentación utilizan TPU para proteger los materiales de recubrimiento de diseños complejos, y sus aplicaciones son cada vez más comunes.

④ Dispositivos médicos

El TPU es un sustituto del PVC seguro, estable y de alta calidad. No contiene ftalatos ni otras sustancias químicas dañinas, y no migra a la sangre ni a otros líquidos del catéter o la bolsa médica, lo que puede causar efectos secundarios. Además, el TPU especialmente desarrollado para extrusión e inyección se puede utilizar fácilmente con una pequeña depuración en los equipos de PVC existentes.

⑤ Vehículos y otros medios de transporte

Al extruir y recubrir ambos lados de la tela de nailon con elastómero termoplástico de poliuretano, se pueden fabricar balsas inflables de ataque de combate y balsas de reconocimiento que transportan de 3 a 15 personas, con un rendimiento mucho mejor que las balsas inflables de caucho vulcanizado; el elastómero termoplástico de poliuretano reforzado con fibra de vidrio se puede utilizar para fabricar componentes de la carrocería, como piezas moldeadas en ambos lados del propio automóvil, revestimientos de puertas, parachoques, tiras antifricción y rejillas.