Термопластичный полиуретан (TPU) представляет собой класс полиуретановых эластомеров, синтезированных с помощью реакции полимеризации поэтапного роста между изоцианатами и гидроксилсодержащими соединениями. Фундаментальная химическая реакция может быть представлена как:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
В этой реакции изоцианатная группа реагирует с гидроксильной группой с образованием уретановой связи.
Как правило, TPU производится с использованием трех основных компонентов:
Полиолы с длинными цепи со средней молекулярной массой в диапазоне от 600 до 4000 (которые образуют мягкие сегменты);
Цепные удлинители, которые представляют собой диолы с низкой молекулярной массой (МВт ~ 61–400); и
Дизоцианаты, которые действуют как предшественники жесткого сегмента.
Окончательные свойства ранга с TPU от мягкого и гибкого до жесткого и высокого модуля в значительной степени от выбора и соотношения этого сырья.
Мягкие материалы сегмента
Мягкий сегмент способствует гибкости, эластичности и контроля производительности TPU при низких температурах, а также его сопротивление растворителям и выветриванию. Эти сегменты, как правило, изготовлены из гидроксиловых полиэфиров или полиэфиров.
Полиэфиры чаще используются и включают такие материалы, как полиадипат, поликапролактон и алифатические поликарбонатные диолы.
Типичные полиэфиры включают полипропиленгликоль (PPG) и политетраметилен -эфирный гликоль (PTMEG). Иногда смесь полиэфирных и полиэфирных полиолов используется для оптимизации производительности путем сочетания гидролитического сопротивления, механической прочности и эластичности.
Материалы жесткого сегмента
Жесткий сегмент образуется из дизоцианатов и диолов с короткой цепью. Наиболее широко используемым дизоцианатом в производстве TPU является 4,4'-дифенилметан-дизоцианат (MDI), известный своей высокой реакционной способностью и жесткостью. Другие используемые диизоцианаты включают гексаметилендизоцианат (HDI) и 3,3'-диметил-4,4'-бифенилдизоцианат (TODI), выбранные для конкретных потребностей в производительности или обработке.
Распространенными удвоениями цепи представляют собой диолы с низкой молекулярной массой, такие как этиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,6-гександиол и гидрохинон бис (2-гидроксиэтил) эфир, которые помогают создавать твердые сегменты и способствовать механическому усилению.
Другие добавки
В дополнение к основным компонентам, TPU часто включают различные добавки для улучшения обработки и долгосрочной стабильности:
Агенты высвобождения плесени, обычно производные жирных кислот, силиконов или фторполимеров, добавляются в небольших количествах (0,1–0,2%), чтобы помочь дедолде.
Стабилизаторы: ароматические карбодимиды используются, в частности, в полиэфирных TPU для снижения гидролитической деградации (1–2% по массе). Затрудненные фенолы и амины помогают бороться с термическим окислением.
УФ -стабилизаторы, такие как бензотриазол или производные бензофенона, часто объединяются с HALS (затрудненные стабилизаторы света амина), чтобы предотвратить пожелтел и деградацию от солнечного света.
Наполнители: минеральные наполнители, такие как карбонат кальция, тальк и кремнезем, улучшают жесткость или снижают стоимость. Усиление наполнителей включает слюду, стеклянные волокна и органические волокна.
Смазочные материалы, в том числе графит, дисульфид молибдена, порошки PTFE и силиконовые масла, улучшают устойчивость к износу и характеристики поверхности.
Пластилизаторы также могут быть включены в гибкость тонкой настройки и поведение обработки.
Эта гибкая система формулирования является одним из самых больших преимуществ TPU. Регулируя химию и составу, производители могут создавать оценки TPU, адаптированные для конкретных критериев производительности, от мягких и упругих пленок до жестких структурных частей-все при сохранении термопластичной перепроцесссей.