¿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 (el 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 tipo de elastómero de poliuretano que se puede plastificar calentando y disolver con disolvente. En comparación con la CPU y la MPU, el TPU tiene poca o ninguna reticulación química en su estructura química. Su cadena molecular es básicamente lineal, pero existe una cierta cantidad de entrecruzamiento físico. Se trata del elastómero de poliuretano termoplástico que tiene una estructura muy característica.

Estructura y clasificación de TPU.

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

En la estructura del elastómero de poliuretano termoplástico, el segmento A se denomina segmento blando, que tiene las características de flexibilidad y suavidad, lo que hace que el TPU tenga extensibilidad; La cadena de uretano generada por la reacción entre el segmento B y el isocianato se denomina segmento duro y tiene propiedades tanto rígidas como duras. Al ajustar la proporción de los segmentos A y B, se fabrican productos de TPU con diferentes propiedades físicas y mecánicas.

Según la estructura del segmento blando, se puede dividir en tipo poliéster, tipo poliéter y tipo butadieno, que contienen respectivamente un grupo éster, un grupo éter o un grupo buteno. Según la estructura del segmento duro, 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.

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

(1) Polímero diol

El diol macromolecular con un peso molecular de 500 a 4000 y grupos bifuncionales, con un contenido del 50% al 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 politetrametilenglicol 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 pequeño pero la función es sobresaliente, que no solo desempeña el papel de conectar el segmento blando y el segmento duro, sino que también dota al TPU de varias buenas propiedades físicas y mecánicas. Los diisocianatos aplicables al TPU son: diisocianato de metileno difenilo (MDI), bis (-4-ciclohexilisocianato de metileno) (HMDI), diisocianato de p-fenilo (PPDI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI), diisocianato de p-fenildimetilo ( PXDI), etc.

(3) Extensor de cadena

El extensor de cadena con un peso molecular de 100~350, que pertenece a diol molecular pequeño, peso molecular pequeño, estructura de cadena abierta y sin grupo sustituyente, conduce a la obtención de alta dureza y alto peso escalar de TPU. Los extensores de cadena adecuados para TPU incluyen 1,4-butanodiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroxietoxi)benceno (HQEE), 1,4-ciclohexanodimetanol (CHDM), p-fenildimetilglicol (PXG), etc.

Aplicación de modificación de TPU como agente endurecedor

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

Debido a su alta polaridad, el poliuretano puede ser compatible con resinas o cauchos polares, como el polietileno clorado (CPE), que se puede utilizar para fabricar productos médicos; La mezcla con ABS puede reemplazar el uso de termoplásticos de ingeniería; Cuando se usa en combinación con policarbonato (PC), tiene propiedades como resistencia al aceite, resistencia al combustible y resistencia al impacto, y puede usarse 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 poliéster puede ser muy compatible con una mezcla de caucho de nitrilo al 15% o de caucho de nitrilo al 40%/PVC; El poliéter poliuretano también puede ser muy compatible con un adhesivo con una mezcla de caucho de nitrilo y cloruro de polivinilo al 40%; También puede ser compatible con copolímeros de acrilonitrilo estireno (SAN); Puede formar estructuras de redes interpenetrantes (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 del POM por parte del TPU en China. La combinación 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 una fractura frágil a una fractura dúctil. La adición de TPU también dota al POM de rendimiento con memoria de forma. La región cristalina de POM sirve como fase fija de la aleación con memoria de forma, mientras que la región amorfa de TPU y POM amorfos sirve como 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.

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

¿Cuáles son las áreas de aplicación del TPU?

En 1958, Goodrich Chemical Company (ahora rebautizada como Lubrizol) registró por primera vez la marca TPU Estane. En los últimos 40 años, ha habido más de 20 marcas en todo el mundo y cada marca tiene varias series de productos. En la actualidad los principales fabricantes de materia prima de TPU en el mundo son: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, etc.

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

① Materiales del calzado

El TPU se utiliza principalmente para materiales de calzado debido a su excelente elasticidad y resistencia al desgaste. Los productos de calzado que contienen TPU son mucho más cómodos de usar que los productos de calzado normales, por lo que se utilizan más ampliamente en productos de calzado de alta gama, especialmente algunos zapatos deportivos y casuales.

② Mangueras

Debido a su suavidad, buena resistencia a la tracción, resistencia al impacto y resistencia a temperaturas altas y bajas, 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 herramienta.

③Cable

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

④ Dispositivos médicos

El TPU es un material sustituto del PVC seguro, estable y de alta calidad, que no contendrá ftalatos ni otras sustancias químicas nocivas, y migrará a la sangre u otros líquidos en el catéter médico o la bolsa médica para causar efectos secundarios. Además, el TPU de grado de extrusión y grado de inyección especialmente desarrollado se puede utilizar fácilmente con un poco de depuración en el equipo de PVC existente.

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 automóvil, revestimientos de puertas, parachoques, tiras antifricción y rejillas.