Thermoplastisches Polyurethan auf Polyesterbasis (Polyester-TPU)

# ## 1. Grundlegende DefinitionTPU auf Polyesterbasis(Polyester TPU) ist eine Art vonthermoplastisches Polyurethan-Elastomer, ein lineares segmentiertes Blockcopolymer. Seine weichen Segmente stammen hauptsächlich von **Polyesterpolyolen** (z. B. Polyadipatglykol, PAG), die durch Polykondensation von Adipinsäure (AA) und Diolen (z. B. 1,4-Butandiol, BDO) entstehen. Es ist eine der beiden Hauptkategorien vonTPU, neben TPU auf Polyetherbasis.

## 2. Chemische Struktur & Synthese ### Kernrohstoffe – **Diisocyanat**: Typischerweise **4,4′-Diphenylmethandiisocyanat (MDI)** (≈40 % der Formulierung). – **Polyesterpolyol (Weichsegment)**: Synthetisiert aus **Adipinsäure (AA)** (≈35 %) und **1,4-Butandiol (BDO)**. – **Kettenverlängerer (Hartsegment)**: Kurzkettiges Diol, üblicherweise **1,4-Butandiol (BDO)** (≈25 %). ### Polymerisationsmechanismus Polyester-TPU wird über eine **Stufenwachstums-Polymerisation**-Reaktion synthetisiert: 1. Das Polyesterpolyol (Weichsegment) reagiert mit MDI zu einem Präpolymer mit Isocyanat-Endgruppen. 2. Das Präpolymer wird anschließend mit BDO kettenverlängert, wodurch alternierende **Hartsegmente** (MDI-BDO) und **Weichsegmente** (Polyesterpolyol) entstehen. 3. Zwischen den polaren Estergruppen (-COO-) in den weichen Segmenten und den Urethangruppen (-NHCOO-) in den harten Segmenten kommt es zu starken **intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen**, wodurch ein physikalisches Vernetzungsnetzwerk entsteht.

## 3. Wichtigste Eigenschaften ### Mechanische Eigenschaften – **Hohe Zug- und Reißfestigkeit**: Überlegen gegenüber PolyetherTPUAufgrund starker polarer Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen. – **Ausgezeichnete Abriebfestigkeit**: Eine seiner herausragendsten Eigenschaften, ideal für Anwendungen mit hohem Verschleiß. – **Gute Biege- und Druckeigenschaften**: Hohe Steifigkeit und Belastbarkeit. – **Breiter Härtebereich**: Kann von Shore A 60 bis Shore D 80 formuliert werden und bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Elastizität und Steifigkeit. ### Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Umwelteinflüssen – **Ausgezeichnete Öl- und Fettbeständigkeit**: Hohe Beständigkeit gegenüber unpolaren Lösungsmitteln, Kraftstoffen und Schmierölen. – **Gute Lösungsmittelbeständigkeit**: Beständig gegenüber vielen organischen Lösungsmitteln (z. B. Alkoholen, Estern). – **Mäßige Hitzebeständigkeit**: Gute thermische Stabilität, geeignet für den Dauereinsatz bei Temperaturen bis zu 80–100 °C. – **Geringe Hydrolysebeständigkeit**: Die Esterbindungen sind anfällig für die Spaltung durch Wasser, insbesondere in heißen, feuchten Umgebungen, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften führt. – **Geringe Flexibilität bei niedrigen Temperaturen**: Wird bei Temperaturen unter -20 °C starr und spröde. ### Weitere Eigenschaften – **Gute Transparenz**: Klare oder transluzente Varianten sind erhältlich. – **Gute Kompatibilität**: Kompatibel mit polaren Polymeren wie PVC, was einfaches Mischen und Modifizieren ermöglicht.

## 4. Typische Anwendungen Polyester-TPU findet breite Anwendung in Bereichen, die hohe mechanische Festigkeit, Abriebfestigkeit und Ölbeständigkeit erfordern: – **Industrie & Maschinenbau**: Förderbänder, Hydraulikschläuche, Dichtungen, Walzen und verschleißfeste Teile. – **Schuhe**: Laufsohlen, Zwischensohlen und Schuhkomponenten für Langlebigkeit und Ölbeständigkeit. – **Automobilindustrie**: Innenausstattung, Kabelummantelungen, Airbag-Abdeckungen und Kraftstoffsystemkomponenten. – **Beschichtungen & Klebstoffe**: Hochleistungsbeschichtungen für Textilien, Metalle und Kunststoffe; Strukturklebstoffe. – **Kabel & Leitungen**: Ummantelungen für Industriekabel, die Öl- und Abriebbeständigkeit erfordern. – **Sport & Freizeit**: Skischuhe, Inlineskate-Rollen und Sportgeräteteile.

## 5. Vergleich mit Polyether-TPU | Eigenschaften | Polyester-TPU | Polyether-TPU | |:— |:— |:— | | **Weichsegment** | Polyesterpolyol (z. B. PAG) | Polyetherpolyol (z. B. PTMEG) | | **Zugfestigkeit** | Hoch | Mittel | | **Abriebfestigkeit** | Ausgezeichnet | Gut | | **Öl-/Lösungsmittelbeständigkeit** | Ausgezeichnet | Mittel | | **Hydrolysebeständigkeit** | Schlecht | Ausgezeichnet | | **Tieftemperaturflexibilität** | Schlecht | Ausgezeichnet | | **Kosten** | Niedriger | Höher |

## 6. Verarbeitung & Handhabung – **Verarbeitungsverfahren**: Kann mit Standardverfahren für thermoplastische Werkstoffe verarbeitet werden: Spritzgießen, Extrusion, Blasformen und Kalandrieren. – **Trocknungsanforderungen**: Muss vor der Verarbeitung gründlich getrocknet werden (80–100 °C für 2–4 Stunden), um Hydrolyse und Blasenbildung zu vermeiden. – **Formtemperatur**: Typischerweise 180–220 °C, abhängig von der jeweiligen Sorte und Härte.

## 7. Vorteile & Einschränkungen ### Vorteile – Außergewöhnliche mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit. – Ausgezeichnete Öl- und Chemikalienbeständigkeit. – Gute Verträglichkeit mit polaren Materialien. – Geringere Kosten im Vergleich zu Polyether-TPU.