Apa itu elastomer poliuretan termoplastik?

Apa itu elastomer poliuretan termoplastik?

Elastomer poliuretan merupakan salah satu jenis material sintetis poliuretan (jenis lainnya merujuk pada busa poliuretan, perekat poliuretan, pelapis poliuretan, dan serat poliuretan), dan Elastomer poliuretan termoplastik merupakan salah satu dari tiga jenis elastomer poliuretan. Orang-orang umumnya menyebutnya sebagai TPU (dua jenis utama elastomer poliuretan lainnya adalah elastomer poliuretan cor, disingkat CPU, dan elastomer poliuretan campuran, disingkat MPU).

TPU adalah jenis elastomer poliuretan yang dapat diplastiskan dengan pemanasan dan dilarutkan dengan pelarut. Dibandingkan dengan CPU dan MPU, TPU memiliki sedikit atau tidak ada ikatan silang kimia dalam struktur kimianya. Rantai molekulnya pada dasarnya linier, tetapi terdapat sejumlah ikatan silang fisik. Inilah elastomer poliuretan termoplastik yang strukturnya sangat khas.

Struktur dan klasifikasi TPU

Elastomer poliuretan termoplastik adalah polimer linier blok (AB). A merupakan polimer poliol (ester atau polieter, dengan berat molekul 1000~6000) dengan berat molekul tinggi, yang disebut rantai panjang; B merupakan diol yang mengandung 2-12 atom karbon rantai lurus, yang disebut rantai pendek.

Dalam struktur elastomer poliuretan termoplastik, segmen A disebut segmen lunak, yang memiliki karakteristik fleksibilitas dan kelembutan, sehingga TPU dapat diekstensikan; Rantai uretan yang dihasilkan oleh reaksi antara segmen B dan isosianat disebut segmen keras, yang memiliki sifat kaku dan keras. Dengan menyesuaikan rasio segmen A dan B, produk TPU dengan sifat fisik dan mekanis yang berbeda dapat dibuat.

Berdasarkan struktur segmen lunaknya, dapat dibagi menjadi tipe poliester, tipe polieter, dan tipe butadiena, yang masing-masing mengandung gugus ester, gugus eter, atau gugus butena. Berdasarkan struktur segmen kerasnya, dapat dibagi menjadi tipe uretana dan tipe uretana urea, yang masing-masing diperoleh dari pemanjang rantai etilen glikol atau pemanjang rantai diamina. Klasifikasi umum dibagi menjadi tipe poliester dan tipe polieter.

Apa bahan baku untuk sintesis TPU?

(1) Polimer Diol

Diol makromolekul dengan berat molekul berkisar antara 500 hingga 4000 dan gugus bifungsional, dengan kandungan 50% hingga 80% dalam elastomer TPU, memainkan peran penting dalam sifat fisik dan kimia TPU.

Polimer Diol yang cocok untuk elastomer TPU dapat dibagi menjadi poliester dan polieter: poliester meliputi politetrametilen Glikol asam adipat (PBA) ε PCL, PHC; Polieter meliputi polioksipropilen eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG), dll.

(2) Diisosianat

Berat molekulnya kecil, tetapi fungsinya luar biasa. Fungsinya tidak hanya menghubungkan segmen lunak dan segmen keras, tetapi juga memberikan TPU berbagai sifat fisik dan mekanik yang baik. Diisosianat yang dapat digunakan untuk TPU antara lain: Metilen difenil diisosianat (MDI), metilen bis(-4-sikloheksil isosianat) (HMDI), p-fenildiisosianat (PPDI), 1,5-naftalena diisosianat (NDI), p-fenildimetil diisosianat (PXDI), dll.

(3) Pemanjang rantai

Pemanjang rantai dengan berat molekul 100~350, termasuk dalam golongan Diol molekul kecil, memiliki berat molekul rendah, struktur rantai terbuka, dan tanpa gugus substituen, kondusif untuk mendapatkan kekerasan dan berat skalar TPU yang tinggi. Pemanjang rantai yang cocok untuk TPU antara lain 1,4-butanadiol (BDO), 1,4-bis(2-hidroksietoksi)benzena (HQEE), 1,4-sikloheksanedimetanol (CHDM), p-fenildimetilglikol (PXG), dll.

Aplikasi Modifikasi TPU sebagai Agen Penguat

Untuk mengurangi biaya produk dan memperoleh kinerja tambahan, elastomer termoplastik poliuretan dapat digunakan sebagai agen penguat yang umum digunakan untuk memperkuat berbagai bahan termoplastik dan karet yang dimodifikasi.

Karena polaritasnya yang tinggi, poliuretana dapat kompatibel dengan resin atau karet polar, seperti polietilena terklorinasi (CPE), yang dapat digunakan untuk membuat produk medis; Pencampuran dengan ABS dapat menggantikan termoplastik rekayasa untuk penggunaan; Ketika digunakan dalam kombinasi dengan polikarbonat (PC), ia memiliki sifat-sifat seperti tahan minyak, tahan bahan bakar, dan tahan benturan, dan dapat digunakan untuk membuat bodi mobil; Ketika dikombinasikan dengan poliester, ketangguhannya dapat ditingkatkan; Selain itu, dapat kompatibel dengan PVC, Polyoxymethylene atau PVDC; Poliester poliuretana dapat kompatibel dengan karet Nitril 15% atau campuran karet nitril/PVC 40%; Polieter poliuretana juga dapat kompatibel dengan perekat campuran karet nitril/polivinil klorida 40%; Ia juga dapat kompatibel dengan kopolimer akrilonitril stirena (SAN); Ia dapat membentuk struktur jaringan interpenetrasi (IPN) dengan polisiloksana reaktif. Sebagian besar perekat campuran yang disebutkan di atas telah diproduksi secara resmi.

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian tentang penguatan POM dengan TPU di Tiongkok semakin meningkat. Pencampuran TPU dan POM tidak hanya meningkatkan ketahanan suhu tinggi dan sifat mekanik TPU, tetapi juga secara signifikan memperkuat POM. Beberapa peneliti telah menunjukkan bahwa dalam uji fraktur tarik, dibandingkan dengan matriks POM, paduan POM dengan TPU telah bertransisi dari fraktur getas menjadi fraktur ulet. Penambahan TPU juga memberikan POM kinerja memori bentuk. Daerah kristalin POM berfungsi sebagai fase tetap dari paduan memori bentuk, sedangkan daerah amorf dari TPU amorf dan POM berfungsi sebagai fase reversibel. Ketika suhu respons pemulihan adalah 165 ℃ dan waktu pemulihan adalah 120 detik, tingkat pemulihan paduan mencapai lebih dari 95%, dan efek pemulihan adalah yang terbaik.

TPU sulit untuk kompatibel dengan bahan polimer non-polar seperti polietilena, polipropilena, karet etilena propilena, karet butadiena, karet isoprena atau bubuk karet limbah, dan tidak dapat digunakan untuk menghasilkan komposit dengan kinerja yang baik. Oleh karena itu, metode perawatan permukaan seperti plasma, korona, kimia basah, primer, api atau gas reaktif sering digunakan untuk yang terakhir. Misalnya, American Air Products and Chemicals Company telah melakukan perawatan permukaan gas aktif F2/O2 pada bubuk halus polietilena dengan berat molekul sangat tinggi dengan berat molekul 3-5 juta, dan menambahkannya ke elastomer poliuretan dengan rasio 10%, yang secara signifikan dapat meningkatkan modulus lentur, kekuatan tarik, dan ketahanan aus. Dan perawatan permukaan gas aktif F2/O2 juga dapat diterapkan pada serat pendek yang memanjang secara terarah dengan panjang 6-35mm, yang dapat meningkatkan kekakuan dan ketangguhan sobek bahan komposit.

Apa saja bidang penerapan TPU?

Pada tahun 1958, Goodrich Chemical Company (sekarang berganti nama menjadi Lubrizol) mendaftarkan merek TPU Estane untuk pertama kalinya. Selama 40 tahun terakhir, terdapat lebih dari 20 nama merek di seluruh dunia, dan setiap merek memiliki beberapa seri produk. Saat ini, produsen bahan baku TPU utama di dunia adalah: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, dll.

Sebagai elastomer yang unggul, TPU memiliki beragam produk hilir yang banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, perlengkapan olahraga, mainan, bahan dekoratif, dan bidang lainnya. Berikut beberapa contohnya.

① Bahan sepatu

TPU terutama digunakan untuk bahan sepatu karena elastisitas dan ketahanan ausnya yang sangat baik. Produk alas kaki yang mengandung TPU jauh lebih nyaman dipakai daripada produk alas kaki biasa, sehingga lebih banyak digunakan pada produk alas kaki kelas atas, terutama beberapa sepatu olahraga dan sepatu kasual.

2 Selang

Karena kelembutannya, kekuatan tarik yang baik, kekuatan benturan, dan ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah, selang TPU banyak digunakan di China sebagai selang gas dan minyak untuk peralatan mekanis seperti pesawat terbang, tank, mobil, sepeda motor, dan peralatan mesin.

③ Kabel

TPU menawarkan ketahanan sobek, ketahanan aus, dan karakteristik tekukan, dengan ketahanan suhu tinggi dan rendah menjadi kunci kinerja kabel. Oleh karena itu, di pasar Tiongkok, kabel canggih seperti kabel kontrol dan kabel daya menggunakan TPU untuk melindungi material pelapis pada desain kabel yang kompleks, dan aplikasinya semakin meluas.

4. Alat kesehatan

TPU adalah bahan pengganti PVC yang aman, stabil, dan berkualitas tinggi. TPU tidak mengandung ftalat dan zat kimia berbahaya lainnya, serta tidak akan bermigrasi ke darah atau cairan lain dalam kateter medis atau kantong medis dan menyebabkan efek samping. Selain itu, TPU dengan kualitas ekstrusi dan injeksi yang dikembangkan secara khusus dapat dengan mudah digunakan dengan sedikit modifikasi pada peralatan PVC yang ada.

⑤ Kendaraan dan alat transportasi lainnya

Dengan mengekstruksi dan melapisi kedua sisi kain nilon dengan elastomer termoplastik poliuretan, rakit serang tempur tiup dan rakit pengintaian yang dapat mengangkut 3-15 orang dapat dibuat, dengan kinerja yang jauh lebih baik daripada rakit tiup karet vulkanisasi; Elastomer termoplastik poliuretan yang diperkuat dengan serat kaca dapat digunakan untuk membuat komponen bodi seperti bagian cetakan pada kedua sisi mobil itu sendiri, kulit pintu, bemper, strip anti gesekan, dan kisi-kisi.