Apa itu elastomer poliuretan termoplastik?

Apa itu elastomer poliuretan termoplastik?

Elastomer poliuretan adalah salah satu jenis material sintetis poliuretan (jenis lainnya meliputi busa poliuretan, perekat poliuretan, pelapis poliuretan, dan serat poliuretan), dan elastomer poliuretan termoplastik adalah salah satu dari tiga jenis elastomer poliuretan, yang umumnya disebut TPU (dua jenis utama elastomer poliuretan lainnya adalah elastomer poliuretan cor, disingkat CPU, dan elastomer poliuretan campuran, disingkat MPU).

TPU adalah sejenis elastomer poliuretan yang dapat diplastisasi dengan pemanasan dan dilarutkan oleh 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 ciri khas elastomer poliuretan termoplastik yang sangat khas dalam strukturnya.

Struktur dan klasifikasi TPU

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

Dalam struktur elastomer poliuretan termoplastik, segmen A disebut segmen lunak, yang memiliki karakteristik fleksibilitas dan kelembutan, sehingga membuat TPU memiliki kemampuan meregang; rantai uretan yang dihasilkan dari 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 mekanik 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 uretan dan tipe uretan urea, yang masing-masing diperoleh dari pemanjang rantai etilen glikol atau pemanjang rantai diamina. Klasifikasi umum dibagi menjadi tipe poliester dan tipe polieter.

Apa saja bahan baku untuk sintesis TPU?

(1) Polimer Diol

Diol makromolekuler 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 politetrametilena adipat glikol (PBA) ε PCL, PHC; Polieter meliputi polioksipropilena eter glikol (PPG), tetrahidrofuran polieter glikol (PTMG), dll.

(2) Diisosianat

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

(3) Perpanjangan rantai

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

Aplikasi Modifikasi TPU sebagai Agen Penguat

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

Karena polaritasnya yang tinggi, poliuretan dapat kompatibel dengan resin atau karet polar, seperti polietilen terklorinasi (CPE), yang dapat digunakan untuk membuat produk medis; Pencampuran dengan ABS dapat menggantikan termoplastik teknik untuk digunakan; Bila digunakan dalam kombinasi dengan polikarbonat (PC), ia memiliki sifat seperti tahan minyak, tahan bahan bakar, dan tahan benturan, dan dapat digunakan untuk membuat bodi mobil; Bila dikombinasikan dengan poliester, ketangguhannya dapat ditingkatkan; Selain itu, ia dapat kompatibel dengan baik dengan PVC, Polioksimetilen atau PVDC; Poliuretan poliester dapat kompatibel dengan baik dengan karet nitril 15% atau campuran karet nitril/PVC 40%; Poliuretan polieter juga dapat kompatibel dengan baik 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 polisiloksan 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 patahan tarik, dibandingkan dengan matriks POM, paduan POM dengan TPU telah mengalami transisi dari patahan getas menjadi patahan ulet. Penambahan TPU juga memberikan POM kemampuan memori bentuk. Daerah kristalin POM berfungsi sebagai fase tetap dari paduan memori bentuk, sedangkan daerah amorf dari TPU dan POM amorf 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 pemulihannya adalah yang terbaik.

TPU sulit untuk dikompatibelkan dengan material polimer non-polar seperti polietilen, polipropilen, karet etilen propilen, karet butadiena, karet isoprena, atau bubuk karet limbah, dan tidak dapat digunakan untuk menghasilkan komposit dengan kinerja yang baik. Oleh karena itu, metode perlakuan permukaan seperti plasma, korona, kimia basah, primer, api, atau gas reaktif sering digunakan untuk material tersebut. Misalnya, American Air Products and Chemicals Company telah melakukan perlakuan permukaan gas aktif F2/O2 pada bubuk halus polietilen dengan berat molekul sangat tinggi (3-5 juta), dan menambahkannya ke elastomer poliuretan dengan rasio 10%, yang dapat secara signifikan meningkatkan modulus lentur, kekuatan tarik, dan ketahanan ausnya. Perlakuan permukaan gas aktif F2/O2 juga dapat diterapkan pada serat pendek memanjang searah dengan panjang 6-35 mm, yang dapat meningkatkan kekakuan dan ketahanan sobek material komposit.

Apa saja bidang aplikasi TPU?

Pada tahun 1958, Goodrich Chemical Company (yang sekarang berganti nama menjadi Lubrizol) mendaftarkan merek TPU Estane untuk pertama kalinya. Selama 40 tahun terakhir, terdapat lebih dari 20 merek dagang 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 sangat baik, TPU memiliki beragam produk hilir yang banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, peralatan 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 sifatnya yang lembut, kekuatan tarik yang baik, kekuatan benturan, dan ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah, selang TPU banyak digunakan di Tiongkok sebagai selang gas dan minyak untuk peralatan mekanik seperti pesawat terbang, tank, mobil, sepeda motor, dan mesin perkakas.

③ Kabel

TPU memberikan ketahanan terhadap sobekan, keausan, dan karakteristik tekukan, dengan ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah sebagai kunci kinerja kabel. Oleh karena itu, di pasar Tiongkok, kabel canggih seperti kabel kontrol dan kabel daya menggunakan TPU untuk melindungi material pelapis dari desain kabel yang kompleks, dan aplikasinya semakin meluas.

④ Perangkat medis

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

⑤ Kendaraan dan alat transportasi lainnya

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