Termoplastik poliüretan elastomer nedir?

Termoplastik poliüretan elastomer nedir?

Poliüretan elastomer, çeşitli poliüretan sentetik malzemelerdir (diğer çeşitler poliüretan köpük, poliüretan yapıştırıcı, poliüretan kaplama ve poliüretan elyafı ifade eder) ve termoplastik poliüretan elastomer, üç tür poliüretan elastomerden biridir. İnsanlar genellikle buna TPU derler (diğer iki ana poliüretan elastomer türü döküm poliüretan elastomerler, kısaca CPU ve karışık poliüretan elastomerler, kısaca MPU).

TPU, ısıtılarak plastikleştirilebilen ve çözücü içinde çözülebilen bir tür poliüretan elastomerdir. CPU ve MPU ile karşılaştırıldığında, TPU'nun kimyasal yapısında çok az veya hiç kimyasal çapraz bağ yoktur. Moleküler zinciri temelde doğrusaldır, ancak belirli bir miktarda fiziksel çapraz bağ vardır. Bu, yapısı oldukça karakteristik olan termoplastik poliüretan elastomeridir.

TPU'nun yapısı ve sınıflandırılması

Termoplastik poliüretan elastomer, (AB) blok doğrusal bir polimerdir. A, yüksek molekül ağırlıklı, uzun zincir adı verilen bir polimer poliol (ester veya polieter, molekül ağırlığı 1000-6000) anlamına gelir; B, 2-12 düz zincir karbon atomu içeren, kısa zincir adı verilen bir diol anlamına gelir.

Termoplastik poliüretan elastomerin yapısında, esneklik ve yumuşaklık özelliklerine sahip olan A segmentine yumuşak segment denir ve bu da TPU'nun uzayabilirliğini sağlar. B segmenti ve izosiyanat arasındaki reaksiyonla oluşan üretan zincirine ise hem sert hem de rijit özellikler gösteren sert segment denir. A ve B segmentlerinin oranı ayarlanarak farklı fiziksel ve mekanik özelliklere sahip TPU ürünleri elde edilir.

Yumuşak segment yapısına göre, sırasıyla ester grubu, eter grubu veya büten grubu içeren polyester tipi, polieter tipi ve bütadien tipi olmak üzere üçe ayrılır. Sert segment yapısına göre ise, sırasıyla etilen glikol zincir uzatıcılarından veya diamin zincir uzatıcılarından elde edilen üretan tipi ve üretan üre tipi olmak üzere iki gruba ayrılır. Yaygın sınıflandırma, polyester tipi ve polieter tipi olmak üzere iki şekildedir.

TPU sentezinde kullanılan hammaddeler nelerdir?

(1) Polimer Diol

TPU elastomerinde %50-80 oranında bifonksiyonel gruplar içeren, molekül ağırlığı 500-4000 arasında değişen makromoleküler diol, TPU'nun fiziksel ve kimyasal özelliklerinde belirleyici rol oynamaktadır.

TPU elastomeri için uygun polimer Diol, polyester ve polieter olarak ikiye ayrılabilir: polyester, politetrametilen, Adipik asit glikol (PBA) ε PCL, PHC'yi içerir; polieterler ise polioksipropilen eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG) vb. içerir.

(2) Diizosiyanat

Molekül ağırlığı küçük olmasına rağmen, yumuşak segment ile sert segmenti birbirine bağlamanın yanı sıra TPU'ya çeşitli iyi fiziksel ve mekanik özellikler kazandıran olağanüstü bir işleve sahiptir. TPU'ya uygulanabilen diizosiyanatlar şunlardır: Metilen difenil diizosiyanat (MDI), metilen bis (-4-siklohekzil izosiyanat) (HMDI), p-fenildiizosiyanat (PPDI), 1,5-naftalin diizosiyanat (NDI), p-fenildimetil diizosiyanat (PXDI) vb.

(3) Zincir uzatıcı

Küçük molekül ağırlıklı Diol'e ait, molekül ağırlığı 100-350 arasında olan, açık zincir yapısına sahip ve herhangi bir ikame grubu içermeyen zincir uzatıcı, yüksek sertlik ve yüksek skaler ağırlıkta TPU elde edilmesini sağlar. TPU için uygun zincir uzatıcılar arasında 1,4-bütandiol (BDO), 1,4-bis (2-hidroksietoksi) benzen (HQEE), 1,4-siklohekzandimetanol (CHDM), p-fenildimetilglikol (PXG) vb. bulunur.

TPU'nun Sertleştirici Madde Olarak Modifikasyon Uygulaması

Ürün maliyetlerini düşürmek ve ek performans elde etmek amacıyla, çeşitli termoplastik ve modifiye kauçuk malzemelerini sertleştirmek için yaygın olarak kullanılan sertleştirici maddeler olarak poliüretan termoplastik elastomerler kullanılabilir.

Yüksek polaritesi nedeniyle poliüretan, tıbbi ürünler yapmak için kullanılabilen klorlu polietilen (CPE) gibi polar reçineler veya kauçuklarla uyumlu olabilir; ABS ile harmanlanarak mühendislik termoplastiklerinin yerini alabilir; Polikarbonat (PC) ile birlikte kullanıldığında, yağ direnci, yakıt direnci ve darbe direnci gibi özelliklere sahiptir ve araba gövdeleri yapmak için kullanılabilir; Polyester ile birleştirildiğinde, tokluğu artırılabilir; Ayrıca, PVC, Polioksimetilen veya PVDC ile iyi uyumlu olabilir; Polyester poliüretan, %15 Nitril kauçuk veya %40 nitril kauçuk/PVC karışımı ile iyi uyumlu olabilir; Polieter poliüretan, %40 nitril kauçuk/polivinil klorür karışımı yapıştırıcı ile de iyi uyumlu olabilir; Akrilonitril stiren (SAN) kopolimerleri ile de uyumlu olabilir; Reaktif polisiloksanlarla birbirine nüfuz eden ağ (IPN) yapıları oluşturabilir. Yukarıda adı geçen karışım yapıştırıcıların büyük çoğunluğu resmi olarak üretilmiştir.

Son yıllarda, Çin'de TPU ile POM'un toklaştırılması üzerine artan bir araştırma yapılmaktadır. TPU ve POM'un harmanlanması, TPU'nun yüksek sıcaklık dayanımını ve mekanik özelliklerini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda POM'u önemli ölçüde toklaştırır. Bazı araştırmacılar, çekme kırılma testlerinde, POM matrisine kıyasla, TPU'lu POM alaşımının gevrek kırılmadan sünek kırılmaya geçtiğini göstermiştir. TPU ilavesi ayrıca POM'a şekil hafızası performansı kazandırır. POM'un kristalin bölgesi, şekil hafızalı alaşımın sabit fazı olarak işlev görürken, amorf TPU ve POM'un amorf bölgesi geri dönüşümlü faz olarak işlev görür. Geri kazanım tepki sıcaklığı 165 ℃ ve geri kazanım süresi 120 saniye olduğunda, alaşımın geri kazanım oranı %95'in üzerine çıkar ve geri kazanım etkisi en iyisidir.

TPU'nun polietilen, polipropilen, etilen propilen kauçuk, bütadien kauçuk, izopren kauçuk veya atık kauçuk tozu gibi polar olmayan polimer malzemelerle uyumlu olması zordur ve iyi performansa sahip kompozitler üretmek için kullanılamaz. Bu nedenle, plazma, korona, ıslak kimya, astar, alev veya reaktif gaz gibi yüzey işleme yöntemleri genellikle ikincisi için kullanılır. Örneğin, American Air Products and Chemicals Company, 3-5 milyon molekül ağırlığına sahip ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen ince tozu üzerinde F2/O2 aktif gaz yüzey işlemi gerçekleştirmiş ve bunu %10 oranında poliüretan elastomere eklemiştir; bu, eğilme modülünü, çekme dayanımını ve aşınma direncini önemli ölçüde artırabilmektedir. F2/O2 aktif gaz yüzey işlemi ayrıca 6-35 mm uzunluğundaki yönlü olarak uzatılmış kısa elyaflara da uygulanabilir; bu, kompozit malzemenin sertliğini ve yırtılma tokluğunu artırabilir.

TPU'nun uygulama alanları nelerdir?

Goodrich Chemical Company (şimdiki adı Lubrizol), TPU markası Estane'yi ilk kez 1958 yılında tescil ettirdi. Son 40 yılda dünya çapında 20'den fazla marka ortaya çıktı ve her markanın birden fazla ürün serisi bulunuyor. Günümüzde dünyadaki başlıca TPU hammadde üreticileri şunlardır: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding vb.

Mükemmel bir elastomer olan TPU, günlük ihtiyaçlar, spor malzemeleri, oyuncaklar, dekoratif malzemeler ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılan geniş bir ürün yelpazesine sahiptir. Aşağıda birkaç örnek verilmiştir.

① Ayakkabı malzemeleri

TPU, mükemmel esnekliği ve aşınma direnci nedeniyle çoğunlukla ayakkabı malzemelerinde kullanılır. TPU içeren ayakkabı ürünleri, normal ayakkabı ürünlerine göre çok daha rahattır, bu nedenle özellikle bazı spor ayakkabılar ve günlük ayakkabılar olmak üzere lüks ayakkabı ürünlerinde daha yaygın olarak kullanılırlar.

② Hortumlar

Yumuşaklığı, iyi çekme dayanımı, darbe dayanımı ve yüksek ve düşük sıcaklıklara dayanıklılığı nedeniyle TPU hortumlar Çin'de uçak, tank, otomobil, motosiklet ve makine aletleri gibi mekanik ekipmanlar için gaz ve yağ hortumu olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

③ Kablo

TPU, yırtılma, aşınma ve bükülme direnci sağlar; yüksek ve düşük sıcaklık direnci ise kablo performansının anahtarıdır. Bu nedenle, Çin pazarında kontrol kabloları ve güç kabloları gibi gelişmiş kablolar, karmaşık kablo tasarımlarının kaplama malzemelerini korumak için TPU'ları kullanır ve uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır.

④ Tıbbi cihazlar

TPU, ftalat ve diğer zararlı kimyasal maddeler içermeyen ve tıbbi kateter veya tıbbi çantadaki kana veya diğer sıvılara karışarak yan etkilere neden olmayan güvenli, dayanıklı ve yüksek kaliteli bir PVC ikame malzemesidir. Ayrıca, özel olarak geliştirilmiş ekstrüzyon ve enjeksiyon sınıfı TPU, mevcut PVC ekipmanlarında küçük bir hata ayıklama ile kolayca kullanılabilir.

⑤ Araçlar ve diğer ulaşım araçları

Naylon kumaşın her iki yüzüne poliüretan termoplastik elastomer ekstrüzyonu ve kaplanmasıyla, 3-15 kişi taşıyan şişme savaş ve keşif botları yapılabilir; bu botlar vulkanize kauçuktan yapılmış şişme botlardan çok daha iyi performans gösterir; cam elyafı ile güçlendirilmiş poliüretan termoplastik elastomer ise aracın her iki yüzündeki kalıplanmış parçalar, kapı kaplamaları, tamponlar, sürtünme önleyici şeritler ve ızgaralar gibi gövde parçalarının yapımında kullanılabilir.