Термопластичният полиуретан (TPU) е клас полиуретанови еластомери, синтезирани чрез реакция на полимеризация на растеж на стъпка между изоцианати и хидроксилни съдържащи съединения. Основната химическа реакция може да бъде представена като:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
В тази реакция групата на изоцианат реагира с хидроксилна група, за да образува уретанова връзка.
Обикновено TPU се произвежда с помощта на три основни компонента:
Дълговерижни полиоли със средни молекулни тегла, вариращи от 600 до 4000 (които образуват меките сегменти);
Верижни удължители, които са диоли с ниско молекулно тегло (MW ~ 61–400); и
Диизоцианати, които действат като предшественици на твърдия сегмент.
Крайните свойства на TPU-обрасването от меки и гъвкави до твърди и високомодулни зависими до голяма степен върху селекцията и съотношението на тези суровини.
Материали от меки сегменти
Мекият сегмент допринася за гъвкавостта, еластичността и контролирането на работата на TPU при ниски температури, както и неговата устойчивост на разтворители и атмосферни влияния. Тези сегменти обикновено се произвеждат от хидроксил-краен полиестери или полиети.
Полиестерите се използват по -често и включват материали като полиадипат, поликапролактон и алифатни поликарбонатни диоли.
Типичните полиети включват полипропилен гликол (PPG) и политетраметилен етер гликол (PTMEG). Понякога се използва смес от полиестерни и полиетерни полиоли за оптимизиране на работата чрез комбиниране на хидролитична устойчивост, механична якост и еластичност.
Материали от твърд сегмент
Твърдият сегмент се образува от диизоцианати и диоли с къса верига. Най-широко използваният диизоцианат в производството на TPU е 4,4'-дифенилметанов диизоцианат (MDI), известен със своята висока реактивност и твърдост. Други използвани диизоцианати включват хексаметилен диизоцианат (HDI) и 3,3'-диметил-4,4'-бифенил диизоцианат (TODI), избран за специфични нужди от ефективност или обработка.
Разширите на обикновените вериги са диоли с ниско молекулно тегло като етилен гликол, 1,4-бутандиол, 1,6-хександиол и хидрохинон BIS (2-хидроксиетил) етер, които помагат за изграждането на твърдите сегменти и допринасят за механичното усилване.
Други добавки
В допълнение към основните компоненти, TPU често включват различни добавки за подобряване на обработката и дългосрочна стабилност:
Агентите за освобождаване на плесени, обикновено производни на мастни киселини, силикони или флуорополимери, се добавят в малки количества (0,1%–0,2%), за да се подпомогне разрушаването.
Стабилизатори: Ароматните карбодимиди се използват особено в полиестерни бази на TPU за намаляване на хидролитичното разграждане (1% –2% по маса). Възпрепятстваните феноли и амини спомагат за борбата с топлинното окисляване.
UV стабилизаторите, като производни на бензотриазол или бензофенон, често се комбинират с HALS (затруднени стабилизатори на аминова светлина), за да се предотврати пожълтяване и разграждане от слънчева светлина.
Филъри: Минерални пълнители като калциев карбонат, талк и силициев диоксид подобряват твърдостта или намаляват разходите. Подсилващите пълнители включват слюда, стъклени влакна и органични влакна.
Смазочните материали, включително графит, молибден дисулфид, прахове PTFE и силиконови масла, подобряват устойчивостта на износване и характеристиките на повърхността.
Пластификаторите могат също да бъдат включени за фина настройка на гъвкавостта и поведението на обработка.
Тази гъвкава система за формулиране е едно от най -големите предимства на TPU. Чрез регулиране на химията и формулировката, производителите могат да създадат степени на TPU, пригодени за специфични критерии за производителност от меки и еластични филми до твърди структурни части-всички, като същевременно поддържат термопластична препроцесируемост.