Термопластичный полиуретан

Термопластичный полиуретан ( ТПУ ) — это любой класс полиуретановых пластиков со многими свойствами, включая эластичность , прозрачность и устойчивость к маслу, жиру и истиранию. Технически это термопластичные эластомеры, состоящие из линейных сегментированных блок-сополимеров, состоящих из твердых и мягких сегментов.

Химия

ТПУ представляет собой блок-сополимер, состоящий из чередующихся последовательностей жестких и мягких сегментов или доменов, образованных в результате реакции (1) диизоцианатов с короткоцепочечными диолами (так называемые удлинители цепи) и (2) диизоцианатов с длинноцепочечными диолами . Варьируя соотношение, структуру и/или молекулярную массу реакционных соединений, можно получить огромное количество различных ТПУ. Это позволяет химикам-уретанам точно настроить структуру полимера в соответствии с желаемыми конечными свойствами материала.

Морфология

Смола ТПУ состоит из линейных полимерных цепей в блочных структурах. Такие цепи содержат с низкой полярностью довольно длинные сегменты (называемые мягкими сегментами), чередующиеся с более короткими сегментами с высокой полярностью (называемыми жесткими сегментами). Оба типа сегментов связаны ковалентными связями, так что фактически образуют блок-сополимеры. Смешиваемость твердых и мягких сегментов ТПУ зависит от разницы в их температуре стеклования (Tg). ^[1] которое происходит в начале микроброуновского сегментарного движения, определяемого по динамическим механическим спектрам. Для несмешивающегося ТПУ спектр модуля потерь обычно показывает двойные пики, каждый из которых соответствует Tg одного компонента. Если два компонента смешиваются, ТПУ будет характеризоваться одним широким пиком, положение которого находится между двумя исходными пиками Tg чистых компонентов.

Полярность твердых кусков создает между ними сильное притяжение, что обуславливает высокую степень агрегации и упорядоченности в этой фазе, образуя кристаллические или псевдокристаллические области, расположенные в мягкой и гибкой матрице. Это так называемое фазовое разделение между обоими блоками может быть более или менее важным в зависимости от полярности и молекулярной массы гибкой цепи, условий производства и т. д. Кристаллические или псевдокристаллические области действуют как физические поперечные связи , которые определяют для высокого уровня эластичности ТПУ, тогда как гибкие цепи придадут полимеру характеристики удлинения.

Однако эти «псевдосшивки» исчезают под действием тепла, и поэтому экструзией , литьем под давлением и каландрированием к этим материалам применимы классические методы обработки . Следовательно, лом ТПУ может быть переработан.

Использование

ТПУ имеет множество применений, включая автомобильные приборные панели, роликовые колеса, электроинструменты, спортивные товары, медицинское оборудование, приводные ремни, обувь, надувные плоты, пожарные шланги, наконечники буферных грузов, а также различные виды экструдированной пленки, листов и профилей. ^[2]^[3] ТПУ также является популярным материалом, который используется в гибких внешних корпусах таких устройств, как мобильные телефоны и защитные пленки для клавиатуры. ^[4]

ТПУ хорошо известен своим применением в оболочках проводов и кабелей, шлангах и трубках, в качестве клея и текстильных покрытий, а также в качестве модификатора ударной прочности других полимеров. ^[5] Он также используется в высокоэффективных пленках, таких как ударопрочные стеклянные конструкции.

ТПУ — это термопластичный эластомер, используемый при 3D-печати методом осаждения плавленых нитей (FFD). Отсутствие деформации и отсутствия необходимости в грунтовке делает его идеальной нитью для 3D-принтеров, когда объекты должны быть гибкими и эластичными. Поскольку ТПУ является термопластом, его можно расплавить с помощью горячего 3D-принтера, распечатать, а затем охладить до эластичного твердого тела. Порошки ТПУ также используются для других процессов 3D-печати, таких как селективное лазерное спекание (SLS) и 3D-струйная печать . Он также используется в больших вертикальных машинах для литья под давлением или экструзии для прямой печати без промежуточного этапа экструзии нити или подготовки порошка.

Обзор ТПУ на рынке

Свойства коммерчески доступного ТПУ включают в себя:

высокая стойкость к истиранию
низкотемпературная производительность
высокая прочность на сдвиг
высокая эластичность
прозрачность
масло- и жиростойкость

Доступные в настоящее время ТПУ можно разделить в основном на две группы в зависимости от химического состава мягких сегментов:

ТПУ на основе полиэфиров (в основном полученные из адипиновой кислоты эфиров )
ТПУ на основе полиэфиров (в основном на основе тетрагидрофурана (ТГФ) эфиров ).

Различия между этими двумя группами представлены в таблице ниже.

Таблица свойств

Таблица 1: Основные различия между ТПУ на основе полиэстера и простого полиэфира. ^[6]

(А = отлично; В = хорошо; С = приемлемо; D = плохо; F = очень плохо)

Свойство	ТПУ на основе полиэстера	ТПУ на основе полиэфира
Устойчивость к истиранию	А	А
Механические свойства	А	Б
Гибкость при низких температурах	Б	А
Тепловое старение	Б	Д
Устойчивость к гидролизу	Д	А
Химическая стойкость	А	С
Микробиологическая устойчивость	Д	А
Прочность адгезии	Б	Д
Инъекционность	Б	Б

гибкий при низких температурах и/или устойчивый к истиранию ТПЭ ТПУ является правильным выбором, когда требуется . ТПУ на основе полиэфира в тех случаях, когда требуется дополнительная превосходная устойчивость к гидролизу и микробам, а также в тех случаях, когда важна чрезвычайная низкотемпературная гибкость. ТПУ на основе сложного эфира в тех случаях, когда более важна стойкость к маслам и жирам.

Когда требуется стабильный светлый цвет и отсутствие пожелтения, алифатический ТПУ на основе алифатических изоцианатов используется .

Компания BASF стала пионером в области сшивки при трансформации ТПУ, что стало возможным благодаря добавлению жидких сшивающих агентов или использованию твердой гранулированной маточной смеси добавок . Био ТПУ на растительной основе был разработан для применения в производстве экологически чистых термопластичных эластомеров компаниями BASF, Merquinsa-Lubrizol и GRECO и продается как Elastollan N, Pearlthane ECO и Isothane соответственно.

Безопасность

ТПУ может содержать силоксаны , некоторые из которых считаются веществами, вызывающими очень большую обеспокоенность в Европейском Союзе. ^[7]^[8]

См. также

Ссылки

^ Олагоке Олабиси; Ллойд М. Робсон; Монтгомери Т. Шоу (2012). Смешиваемость полимер-полимеров . Амстердам: Burlington Elsevier Science. ISBN 978-0-12-525050-4 . ^{[ нужна страница ]}
^ «Термопластичная полиуретановая (ТПУ) смола Texin®» . Материаловедение Байера. Архивировано из оригинала 26 июля 2011 г. Проверено 26 февраля 2012 г.
^ «Термопластичный полиуретан» . Американский химический совет . Проверено 26 февраля 2012 г.
^ Майкл, Джон. «Кейсы ТПУ» . Целлз . Архивировано из оригинала 13 ноября 2014 года . Проверено 13 ноября 2014 г.
^ http://pub.lubrizol.com/Engineered-Polymers/Markets/Industrial-Solutions ^{[ мертвая ссылка ]}
^ «Перлтан» . Merquinsa, компания Lubrizol . Проверено 31 января 2013 г.
^ Дорте Норгаард Андерсен; Лиз Мёллер; Хелле Бухардт Бойд; Джули Боберг; Марта Аксельстад Петерсен; Софи Кристиансен; Улла Хасс; Пиа Брунн Поульсен; Мария Страндесен; Даниэла Бах (2012). Воздействие на беременных потребителей предполагаемых эндокринных нарушений (PDF) . Агентство по охране окружающей среды. стр. 21. ISBN 978-87-92903-02-0 .
^ «Список кандидатов на получение разрешения на вещества, вызывающие особую озабоченность» . ЭХА . Проверено 18 декабря 2019 г.

[1] Олагоке Олабиси; Ллойд М. Робсон; Монтгомери Т. Шоу (2012). Смешиваемость полимер-полимеров . Амстердам: Burlington Elsevier Science. ISBN 978-0-12-525050-4 . ^{[ нужна страница ]}

[2] «Термопластичная полиуретановая (ТПУ) смола Texin®» . Материаловедение Байера. Архивировано из оригинала 26 июля 2011 г. Проверено 26 февраля 2012 г.

[3] «Термопластичный полиуретан» . Американский химический совет . Проверено 26 февраля 2012 г.

[Cellz-4] Майкл, Джон. «Кейсы ТПУ» . Целлз . Архивировано из оригинала 13 ноября 2014 года . Проверено 13 ноября 2014 г.

[5] ttp://pub.lubrizol.com/Engineered-Polymers/Markets/Industrial-Solutions ^{[ мертвая ссылка ]}

[6] «Перлтан» . Merquinsa, компания Lubrizol . Проверено 31 января 2013 г.

[7] Дорте Норгаард Андерсен; Лиз Мёллер; Хелле Бухардт Бойд; Джули Боберг; Марта Аксельстад Петерсен; Софи Кристиансен; Улла Хасс; Пиа Брунн Поульсен; Мария Страндесен; Даниэла Бах (2012). Воздействие на беременных потребителей предполагаемых эндокринных нарушений (PDF) . Агентство по охране окружающей среды. стр. 21. ISBN 978-87-92903-02-0 .

[8] «Список кандидатов на получение разрешения на вещества, вызывающие особую озабоченность» . ЭХА . Проверено 18 декабря 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]