Termoplastik poliüretan elastomer nedir?

Termoplastik poliüretan elastomer nedir?

Poliüretan elastomer, çeşitli poliüretan sentetik malzemelerden oluşur (diğer çeşitleri arasında poliüretan köpük, poliüretan yapıştırıcı, poliüretan kaplama ve poliüretan elyaf bulunur) ve Termoplastik poliüretan elastomer, üç poliüretan elastomer türünden biridir. Genellikle TPU olarak adlandırılır (diğer iki ana poliüretan elastomer türü ise dökme poliüretan elastomerler (kısaltması CPU) ve karışık poliüretan elastomerlerdir (kısaltması MPU)).

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

TPU'nun yapısı ve sınıflandırılması

Termoplastik poliüretan elastomer, (AB) blok lineer bir polimerdir. A, yüksek molekül ağırlıklı, uzun zincirli olarak adlandırılan bir polimer poliolü (ester veya polieter, molekül ağırlığı 1000~6000) temsil eder; B ise 2-12 düz zincir karbon atomu içeren, kısa zincirli olarak adlandırılan bir diolü temsil eder.

Termoplastik poliüretan elastomerin yapısında, A segmenti esneklik ve yumuşaklık özelliklerine sahip olan ve TPU'ya uzayabilirlik kazandıran yumuşak segment olarak adlandırılır; B segmenti ile izosiyanat arasındaki reaksiyon sonucu oluşan üretan zinciri ise hem sert hem de rijit özelliklere sahip olan sert segment olarak adlandırılır. A ve B segmentlerinin oranı ayarlanarak, farklı fiziksel ve mekanik özelliklere sahip TPU ürünleri üretilir.

Yumuşak segment yapısına göre, sırasıyla ester grubu, eter grubu veya büten grubu içeren polyester tipi, polieter tipi ve bütadien tipi olarak ayrılabilir. Sert segment yapısına göre ise, sırasıyla etilen glikol zincir uzatıcılarından veya diamin zincir uzatıcılarından elde edilen üretan tipi ve üretan üre tipi olarak ayrılabilir. Yaygın sınıflandırma polyester tipi ve polieter tipi olarak yapılır.

TPU sentezi için kullanılan ham maddeler nelerdir?

(1) Polimer Diol

TPU elastomerinde %50 ila %80 oranında bulunan ve moleküler ağırlığı 500 ile 4000 arasında değişen makromoleküler diol ve bifonksiyonel gruplar, TPU'nun fiziksel ve kimyasal özelliklerinde belirleyici bir rol oynar.

TPU elastomer için uygun polimer diol, polyester ve polieter olarak ikiye ayrılabilir: polyesterler arasında politetrametilen adipik asit glikol (PBA), ε PCL, PHC bulunur; polieterler arasında ise polioksipropilen eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG) vb. bulunur.

(2) Diizosiyanat

Moleküler ağırlığı küçük olmasına rağmen işlevi olağanüstüdür; sadece yumuşak ve sert segmentleri birbirine bağlamakla kalmaz, aynı zamanda TPU'ya çeşitli iyi fiziksel ve mekanik özellikler de kazandırır. TPU'da kullanılabilen diizosiyanatlar şunlardır: Metilen difenil diizosiyanat (MDI), metilen bis (-4-sikloheksil izosiyanat) (HMDI), p-fenildiizosiyanat (PPDI), 1,5-naftalen diizosiyanat (NDI), p-fenildimetil diizosiyanat (PXDI), vb.

(3) Zincir uzatıcı

Molekül ağırlığı 100~350 arasında olan, küçük moleküler diol sınıfına ait, açık zincir yapısına sahip ve ikame grubu içermeyen zincir uzatıcılar, TPU'nun yüksek sertlik ve yüksek skaler ağırlık elde edilmesine elverişlidir. TPU için uygun zincir uzatıcılar arasında 1,4-bütandiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzen (HQEE), 1,4-sikloheksandietanol (CHDM), p-fenildimetilglikol (PXG) vb. bulunur.

TPU'nun Sertleştirici Madde Olarak Modifikasyon Uygulaması

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

Yüksek polaritesi nedeniyle poliüretan, tıbbi ürünlerin yapımında kullanılabilen klorlu polietilen (CPE) gibi polar reçineler veya kauçuklarla uyumludur; ABS ile karıştırıldığında mühendislik termoplastiklerinin yerini alabilir; Polikarbonat (PC) ile birlikte kullanıldığında yağ direnci, yakıt direnci ve darbe direnci gibi özelliklere sahiptir ve otomobil gövdelerinin yapımında kullanılabilir; Polyester ile birleştirildiğinde dayanıklılığı artırılabilir; Ayrıca PVC, Polioksimetilen veya PVDC ile de iyi uyumludur; Polyester poliüretan, %15 nitril kauçuk veya %40 nitril kauçuk/PVC karışımı ile iyi uyumludur; Polieter poliüretan ayrıca %40 nitril kauçuk/polivinil klorür karışımı yapıştırıcı ile de iyi uyumludur; Akrilonitril stiren (SAN) kopolimerleri ile de uyumlu olabilir; Reaktif polisiloksanlarla iç içe geçmiş ağ (IPN) yapıları oluşturabilir. Yukarıda bahsedilen karışım yapıştırıcıların büyük çoğunluğu resmi olarak zaten üretilmiştir.

Son yıllarda Çin'de TPU ile POM'un sertleştirilmesi üzerine yapılan araştırmalar artmaktadır. TPU ve POM'un karıştırılması, TPU'nun yüksek sıcaklık direncini ve mekanik özelliklerini iyileştirmenin yanı sıra POM'u da önemli ölçüde sertleştirir. Bazı araştırmacılar, çekme kırılma testlerinde, POM matrisine kıyasla, TPU içeren POM alaşımının gevrek kırılmadan sünek kırılmaya geçtiğini göstermiştir. TPU ilavesi ayrıca POM'a şekil hafızası özelliği de kazandırır. POM'un kristal bölgesi, şekil hafızası alaşımının sabit fazı olarak görev yaparken, amorf TPU ve POM'un amorf bölgesi geri dönüşümlü faz olarak görev yapar. 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, polietilen, polipropilen, etilen propilen kauçuk, bütadien kauçuk, izopren kauçuk veya atık kauçuk tozu gibi polar olmayan polimer malzemelerle uyumlu olması zordur ve iyi performans gösteren kompozitler üretmek için kullanılamaz. Bu nedenle, plazma, korona, ıslak kimya, astar, alev veya reaktif gaz gibi yüzey işleme yöntemleri genellikle ikincisi için kullanılır. Örneğin, Amerikan Air Products and Chemicals şirketi, moleküler ağırlığı 3-5 milyon olan ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen ince tozuna F2/O2 aktif gaz yüzey işlemi uygulamış ve bunu %10 oranında poliüretan elastomere eklemiştir; bu da eğilme modülünü, çekme mukavemetini ve aşınma direncini önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca, F2/O2 aktif gaz yüzey işlemi, 6-35 mm uzunluğundaki yönlü uzatılmış kısa liflere de uygulanabilir ve bu da kompozit malzemenin sertliğini ve yırtılma tokluğunu artırabilir.

TPU'nun uygulama alanları nelerdir?

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

Mükemmel bir elastomer olan TPU, günlük ihtiyaç maddeleri, spor malzemeleri, oyuncaklar, dekoratif malzemeler ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılan geniş bir yelpazede alt ürüne sahiptir. Aşağıda birkaç örnek verilmiştir.

① Ayakkabı malzemeleri

TPU, mükemmel esnekliği ve aşınma direnci nedeniyle ağırlıklı olarak ayakkabı malzemelerinde kullanılır. TPU içeren ayakkabı ürünleri, normal ayakkabılara göre çok daha rahat giyilir, bu nedenle özellikle bazı spor ayakkabılar ve günlük ayakkabılar olmak üzere üst düzey ayakkabı ürünlerinde daha yaygın olarak kullanılır.

② Hortumlar

Yumuşaklığı, iyi çekme dayanımı, darbe dayanımı ve yüksek ve düşük sıcaklıklara karşı direnci nedeniyle TPU hortumlar, Çin'de uçaklar, tanklar, otomobiller, motosikletler ve takım tezgahları gibi mekanik ekipmanlar için gaz ve yağ hortumu olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

③ Kablo

TPU, yırtılma direnci, aşınma direnci ve bükülme özellikleri sunarken, yüksek ve düşük sıcaklık direnci kablo performansının anahtarıdır. Bu nedenle Çin pazarında, kontrol kabloları ve güç kabloları gibi gelişmiş kablolar, karmaşık kablo tasarımlarının kaplama malzemelerini korumak için TPU kullanmaktadır ve uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır.

④ Tıbbi cihazlar

TPU, ftalat ve diğer zararlı kimyasal maddeler içermeyen, güvenli, kararlı ve yüksek kaliteli bir PVC alternatifi malzemedir; tıbbi kateter veya tıbbi torbadaki kana veya diğer sıvılara geçerek yan etkilere neden olmaz. Dahası, özel olarak geliştirilmiş ekstrüzyon ve enjeksiyon sınıfı TPU, mevcut PVC ekipmanlarında küçük bir ayarlama ile kolayca kullanılabilir.

⑤ Araçlar ve diğer ulaşım taşıtları

Naylon kumaşın her iki tarafının da poliüretan termoplastik elastomer ile ekstrüzyon ve kaplama yöntemiyle, vulkanize kauçuktan üretilen şişme botlara göre çok daha iyi performans gösteren, 3-15 kişi taşıyabilen şişme savaş ve keşif botları üretilebilir; cam elyafı ile güçlendirilmiş poliüretan termoplastik elastomer, otomobilin her iki tarafındaki kalıplanmış parçalar, kapı panelleri, tamponlar, sürtünme önleyici şeritler ve ızgaralar gibi gövde bileşenlerinin yapımında kullanılabilir.