Poliuretanul termoplastic (TPU) este o clasă de elastomeri poliuretanici sintetizați printr-o reacție de polimerizare a creșterii în trepte între izocianat și compuși care conțin hidroxil. Reacția chimică fundamentală poate fi reprezentată ca:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
În această reacție, grupul de izocianat reacționează cu o grupare hidroxil pentru a forma o legătură de uretan.
De obicei, TPU este produs folosind trei componente principale:
Polioli cu lanț lung cu greutăți moleculare medii cuprinse între 600 și 4000 (care formează segmentele moi);
Extensii de lanț, care sunt dioli cu greutate moleculară mică (MW ~ 61–400); şi
Diisocianatele, care acționează ca precursori ai segmentului dur.
Proprietățile finale ale TPU, de la moale și flexibile la rigide și mari, dependente de modul în mare parte, în mare parte de selecția și raportul acestor materii prime.
Materiale de segment moale
Segmentul moale contribuie cu flexibilitate, elasticitate și controlează performanța TPU la temperaturi scăzute, precum și rezistența sa la solvenți și intemperii. Aceste segmente sunt obținute în general din poliesteri sau poliethers terminate cu hidroxil.
Poliesterii sunt mai des utilizați și includ materiale precum poliadipat, policaprolactonă și dioli alifatici din policarbonat.
Poliethers -urile tipice includ polipropilen glicol (PPG) și glicol eter de polietetrametilen (PTMEG). Uneori, un amestec de poliester și polieter polioli este utilizat pentru a optimiza performanța prin combinarea rezistenței hidrolitice, a rezistenței mecanice și a elasticității.
Materiale de segment dur
Segmentul dur este format din diisocianate și dioli cu lanț scurt. Cel mai utilizat diisocianat în producția de TPU este 4,4'-difenilmetan diisocianat (MDI), cunoscut pentru reactivitatea și rigiditatea ridicată. Alte diisocianate utilizate includ hexametilen diisocianat (HDI) și 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil diisocianat (TODI), selectați pentru performanță specifică sau nevoi de procesare.
Extensii de lanț comune sunt dioli cu greutate moleculară mică, cum ar fi etilen glicol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol și hidrochinonă bis (2-hidroxietil) eter, care ajută la construirea segmentelor dure și contribuie la consolidarea mecanică.
Alți aditivi
În plus față de componentele primare, TPU-urile includ adesea diverși aditivi pentru a îmbunătăți procesarea și stabilitatea pe termen lung:
Agenții de eliberare a mucegaiului, de obicei derivați ai acizilor grași, silicoane sau fluoropolimeri, sunt adăugați în cantități mici (0,1%–0,2%) pentru a ajuta la deminere.
Stabilizatori: Carbodiimide aromatice sunt utilizate în special în TPU pe bază de poliester pentru a reduce degradarea hidrolitică (1% –2% în masă). Fenolii și aminele împiedicate ajută la combaterea oxidării termice.
Stabilizatorii UV, cum ar fi benzotriazolul sau derivații de benzofenonă, sunt adesea combinate cu HALS (stabilizatori de lumină amină împiedicată) pentru a preveni îngălbenirea și degradarea de la lumina soarelui.
Umpluturi: umpluturile minerale precum carbonatul de calciu, talcul și silica îmbunătățesc rigiditatea sau reduc costurile. Umpluturile de întărire includ mica, fibre de sticlă și fibre organice.
Lubrifianți, inclusiv grafit, disulfură de molibden, pulberi PTFE și uleiuri de silicon, îmbunătățesc rezistența la uzură și caracteristicile suprafeței.
Plasticizatorii pot fi, de asemenea, încorporați pentru a regla flexibilitatea și comportamentul de procesare.
Acest sistem de formulare flexibil este unul dintre cele mai mari avantaje ale TPU. Prin reglarea chimiei și a formulării, producătorii pot crea note TPU adaptate pentru criterii specifice de performanță, de la filme moi și elastice până la piese structurale rigide, toate menținând în același timp reprocesabilitate termoplastică.