Sinteza, obrada, performanse i primjena TPU materijala

TPU (termoplastični poliuretan)je vrsta poliuretana koji se može plastificirati zagrijavanjem i rastvarati rastvaračima. U poređenju sa poliuretanom miješanog i livenog tipa, termoplastični poliuretan nema ili ima malo hemijskog umrežavanja u hemijskoj strukturi, a njegovi molekuli su u osnovi linearni, ali postoji određena količina fizičke razmjene.
Koncept takozvane fizičke razmjene, koji je prvi predložio Schollenberger CS 1958. godine, odnosi se na postojanje reverzibilnih "veznih tačaka" između linearnih molekularnih lanaca poliuretana kada su izloženi toploti ili rastvaračima. To zapravo nije hemijsko umrežavanje. Ali djeluje kao hemijsko umrežavanje. Kao rezultat ovog fizičkog umrežavanja, poliuretan formira heterogenu morfološku strukturu, a vodonične veze poliuretana jačaju njegovu morfologiju i čine ga otpornim na veću vlažnost.

Koja je klasifikacija TPU-a?

Sada kada znamo šta je TPU, koje su njegove klasifikacije? Prema različitim standardima klasifikacije, TPU može imati mnogo različitih klasifikacija.

Na primjer, prema strukturi mekog segmenta, može se podijeliti na poliesterski tip, polieterski tip i butadienski tip, koji sadrže estersku grupu, etersko grupu ili butensko grupu, respektivno. Prema strukturi tvrdog segmenta, može se podijeliti na uretanski tip i uretan-urea tip, koji se dobijaju od diolnih ili diaminskih produživača lanca. Uobičajena podjela je na poliesterski tip i polieterski tip.
Prema prisustvu ili odsustvu umrežavanja, može se podijeliti na čiste termoplastične i polutermoplastične. Prvi je čista linearna struktura bez umrežavanja; drugi sadrži malu količinu alofanata i drugih umrežavanja. Prema upotrebi gotovih proizvoda, može se podijeliti na dijelove posebnog oblika (različiti mehanički dijelovi), cijevi (omotači, profili šipki), filmove (limove, ploče), ljepila, premaze i vlakna.

Kako se sintetizira TPU

Iako postoje mnoge klasifikacije TPU-a, sve one pripadaju poliuretanu u smislu molekularne strukture. Pa kako je nastao? Prema različitim procesima sinteze, uglavnom se dijeli na polimerizaciju u masi i polimerizaciju u rastvoru.

U polimerizaciji u masi, može se podijeliti na metodu predpolimerizacije i metodu u jednom koraku, ovisno o tome postoji li predreakcija: metoda predpolimerizacije je reakcija diizocijanata s makromolekularnim diolom tokom određenog vremenskog perioda, a zatim dodavanje produžetka lanca da bi se dobio TPU; Molekularni dioli, diizoesteri i produžeci lanca se istovremeno miješaju i reaguju da bi se formirao TPU.
Polimerizacija u rastvoru je prvo rastvaranje diizocijanata u rastvaraču, zatim dodavanje makromolekularnog diola da bi reagovao određeni vremenski period, i na kraju dodavanje produživača lanca da bi se dobio TPU.
Vrsta mekog segmenta, molekularna težina, sadržaj tvrdog ili mekog segmenta i stanje agregacije TPU-a utjecat će na gustoću TPU-a. Gustoća je između 1.10 i 1.25, što se ne razlikuje značajno od ostalih guma i plastika. Pri istoj tvrdoći, gustoća polieterskog TPU-a je niža od gustoće poliesterskog TPU-a.

Kako se obrađuje TPU

TPU smola se mora prerađivati ​​za izradu gotovih proizvoda, a TPU se uglavnom prerađuje metodom topljenja i metodom rastvaranja. Njegova molekularna struktura je kruti blok dobijen reakcijom difenilmetan diizocijanata (MDI) ili toluen diizocijanata (TDI) sa sredstvom za produženje lanca i diizocijanatom kao što je difenilmetan diizocijanat (MDI) ili toluen diizocijanat (TDI). Molekule i makromolekularni polioli reaguju naizmjenično formirajući fleksibilne segmente.

Obrada topljenjem je proces koji se često koristi u industriji plastike: kao što su miješanje, kalandriranje, ekstruzija, duvanje i oblikovanje (uključujući injekciju, kompresiju, transfer i centrifugiranje itd.). Obrada rastvorom je rastvaranje peleta u rastvaračima ili direktna polimerizacija u rastvaračima. Nakon pravljenja rastvora, vrši se premazivanje, predenje itd.
TPU se koristi u finalnom proizvodu, koji uglavnom ne zahtijeva vulkanizaciju i reakciju umrežavanja, što može skratiti proizvodni ciklus, a otpadni materijali se mogu reciklirati i ponovo upotrijebiti.

Performanse TPU-a

Poput lijevanog poliuretana (tekućeg) i miješanog poliuretana (čvrstog), TPU ima visoki modul, visoku čvrstoću, visoko izduženje i visoku elastičnost, odličnu otpornost na habanje, otpornost na ulje, otpornost na niske temperature i otpornost na starenje. Među njima, visoka zatezna čvrstoća, visoko izduženje i nisko dugoročno kompresijsko zatezanje su sve značajne prednosti TPU-a.

1. Visoka zatezna čvrstoća i veliko izduženje
TPU ima odličnu zateznu čvrstoću i izduženje. Iz podataka na slici ispod možemo vidjeti da su zatezna čvrstoća i izduženje polieterskog TPU-a mnogo bolji od onih od polivinilhloridne plastike i gume.

Osim toga, TPU može ispuniti zahtjeve prehrambene industrije bez dodavanja ili dodavanja malo aditiva u procesu obrade, što je teško za druge materijale poput PVC-a i gume.

2. Otpornost je veoma osjetljiva na temperaturu
Otpornost TPU-a odnosi se na stepen brzog oporavka u prvobitni oblik nakon oslobađanja deformacionog napona, što se izražava energijom oporavka, odnosno odnosom rada deformacionog povlačenja i rada potrebnog za deformaciju. To je funkcija dinamičkog modula i unutrašnjeg trenja elastomera i vrlo je osjetljiva na temperaturu.

Elastično odbijanje se smanjuje sa smanjenjem temperature, sve dok se ne dostigne određena temperatura, elastičnost ponovo naglo povećava. Ova temperatura je temperatura kristalizacije mekog segmenta, koja zavisi od strukture makromolekularnog diola, a polieterski TPU je niža od poliesterskog TPU. Na temperaturama ispod temperature kristalizacije, elastomer postaje vrlo tvrd i gubi elastičnost, stoga je odbijanje slično odbijanju od površine tvrdog metala.

3. Raspon tvrdoće je Shore A60~D80
Tvrdoća je pokazatelj sposobnosti materijala da se odupre deformacijama, udubljenjima i ogrebotinama.
Tvrdoća TPU-a se može podesiti podešavanjem odnosa mekih i tvrdih segmenata lanca. Stoga, TPU ima relativno širok raspon tvrdoće. Njegova tvrdoća se kreće od Shore A60 do D80, obuhvatajući tvrdoću gume i plastike, i ima širok raspon tvrdoće u cijelom rasponu tvrdoće. Visoka elastičnost.
S promjenom tvrdoće, promijenit će se i neka svojstva TPU-a. Na primjer, ako se poveća tvrdoća TPU-a, doći će do promjena u performansama kao što su povećani modul zatezanja i čvrstoća na kidanje, povećana krutost i tlačni napon (nosivost), smanjeno izduženje, povećana gustoća i dinamičko stvaranje topline, te povećana otpornost na okolinu.

Područje primjene TPU-a

TPU je prvi put uspješno komercijalizirala američka kompanija Goodrich Chemical Company (sada Lubrizol) 1958. godine, a od tada je istražen i proširen širom svijeta. Trenutno, proizvođači sirovina za TPU uglavnom uključuju BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical i tako dalje.
Kao elastomer s odličnim performansama, TPU ima širok spektar proizvoda i široko se koristi u svakodnevnim potrepštinama, sportskoj opremi, igračkama, dekorativnim materijalima i drugim oblastima. Evo nekoliko primjera.
1. Materijal za cipele
TPU se koristi u materijalima za obuću uglavnom zbog svoje odlične elastičnosti i otpornosti na habanje. Proizvodi obuće koji sadrže TPU su mnogo udobniji u odnosu na običnu obuću, pa se široko koriste u vrhunskim proizvodima obuće, posebno u nekim sportskim i ležernim cipelama.


2. Crevo
Zbog mekoće, dobre zatezne čvrstoće, otpornosti na udarce i otpornosti na visoke i niske temperature, TPU crijevo se široko koristi u Kini za transport plina i nafte u avionima, tenkovima, automobilima, motociklima, alatnim mašinama i drugim crijevima za mehaničku opremu.



3. Kabl
TPU pruža otpornost na kidanje, otpornost na habanje i karakteristike savijanja, a otpornost na visoke i niske temperature je ključ performansi kabla. Stoga se na kineskom tržištu TPU za vrhunske kablove, kao što su kontrolni kablovi i energetski kablovi, koristi za zaštitu materijala premaza kablova složenog dizajna, a njegova upotreba postaje sve šira i šira.



4. Medicinska oprema
TPU je sigurna, stabilna i visokokvalitetna alternativa PVC-u. Ne sadrži štetne hemijske supstance poput ftalata i migrira u krv ili druge tečnosti u medicinskim kateterima ili medicinskim vrećicama te uzrokuje nuspojave. TPU ekstruzionog i injekcijskog kvaliteta može se lako koristiti uz mala prilagođavanja u postojećoj PVC opremi.