Термопластичний поліуретан (ТПУ)-це клас поліуретану еластомерів, синтезується через реакцію полімеризації кроку між ізоціанатами та гідроксильними сполуками. Основна хімічна реакція може бути представлена як:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-або або '
У цій реакції група ізоціанатів реагує з гідроксильною групою, утворюючи уретановий зв’язок.
Зазвичай TPU виробляється за допомогою трьох основних компонентів:
Поліолі з довгим ланцюгом із середніми молекулярними вагами від 600 до 4000 (які утворюють м'які сегменти);
Ланцюгові розширювачі, які є низькомолекулярними діолами (MW ~ 61–400); і
Діізоціанати, які виступають як попередники жорстких сегментів.
Остаточні властивості, що стосуються ТПУ, від м'якого та гнучкого до жорсткого та високомодульного залежного від вибору та співвідношення цієї сировини.
Матеріали м'якого сегмента
М'який сегмент сприяє гнучкості, еластичності та контролює продуктивність ТПУ при низьких температурах, а також його стійкість до розчинників та вивітрювання. Ці сегменти, як правило, виготовляються з гідроксильних поліефірів або поліетрів.
Поліестери частіше використовуються і включають такі матеріали, як поліадипат, полікапролактон та аліфатичні полікарбонатні діоли.
Типові поліети включають поліпропіленгліколь (PPG) та політетраметилен ефір гліколю (PTMEG). Іноді для оптимізації продуктивності використовується суміш поліестер та поліефірних поліолів шляхом комбінування гідролітичної стійкості, механічної міцності та еластичності.
Матеріали жорсткого сегмента
Жорсткий сегмент утворений з діізоціанатів і коротколанцюгових діолів. Найбільш широко використовуваний діізоціанат у виробництві ТПУ-4,4'-дифенілметан діізоціанат (MDI), відомий своєю високою реакційною здатністю та жорсткістю. Інші використовувані діізоціанати включають гексаметилен діізоціанат (HDI) та 3,3'-диметил-4,4'-біфеніл діізоціанат (Todi), вибрані для конкретних потреб у виконанні або обробці.
Поширені розширювачі ланцюга-це діоли з низькою молекулярною масою, такі як етиленгліколь, 1,4-бутандіол, 1,6-гександіол та гідрохінон (2-гідроксиетил) ефір, які допомагають побудувати жорсткі сегменти та сприяють механічному посиленню.
Інші добавки
На додаток до первинних компонентів, TPU часто включають різні добавки для підвищення обробки та довгострокової стабільності:
Агенти вивільнення цвілі, як правило, похідні жирних кислот, силіконів або фторополімерів, додаються в невеликі кількості (0,1%–0,2%) для сприяння дегольдуванню.
Стабілізатори: ароматичні карбодііміди використовуються зокрема в поліефірних ТПУ для зменшення гідролітичної деградації (1% -2% за масою). Задоволені феноли та аміни допомагають боротися з тепловим окисленням.
УФ -стабілізатори, такі як бензотріазол або бензофенонові похідні, часто поєднуються з HALS (перешкоджають стабілізаторів світла аміну) для запобігання пожовтіння та деградації від сонячного світла.
Наповнювачі: мінеральні наповнювачі, такі як карбонат кальцію, тальк та кремнезем, покращують жорсткість або зменшують витрати. Підсилюючі наповнювачі включають слюду, скляні волокна та органічні волокна.
Засубові матеріали, включаючи графіт, молібденний дисульфід, порошки PTFE та силіконові масла, покращують стійкість до зносу та поверхневі характеристики.
Пластифікатори також можуть бути включені для тонкої гнучкості та поведінки обробки.
Ця гнучка система рецептури є однією з найбільших переваг TPU. Регулюючи хімію та формулювання, виробники можуть створювати оцінки ТПУ, пристосовані для конкретних критеріїв продуктивності, що стосуються м'яких та пружних плівок до жорстких структурних деталей, підтримуючи термопластичну переробність.