Was ist thermoplastisches Polyurethan-Elastomer?

Was ist thermoplastisches Polyurethan-Elastomer?

Polyurethan-Elastomer ist eine Vielzahl synthetischer Polyurethan-Materialien (andere Sorten beziehen sich auf Polyurethan-Schaum, Polyurethan-Kleber, Polyurethan-Beschichtung und Polyurethan-Faser), und thermoplastisches Polyurethan-Elastomer ist eine der drei Arten von Polyurethan-Elastomeren. Im Allgemeinen wird es als TPU bezeichnet (das Weitere zwei Haupttypen von Polyurethan-Elastomeren sind Guss-Polyurethan-Elastomere, abgekürzt als CPU, und gemischte Polyurethan-Elastomere, abgekürzt als MPU.

TPU ist eine Art Polyurethan-Elastomer, das durch Erhitzen plastifiziert und durch Lösungsmittel aufgelöst werden kann. Im Vergleich zu CPU und MPU weist TPU in seiner chemischen Struktur nur eine geringe oder keine chemische Vernetzung auf. Seine Molekülkette ist grundsätzlich linear, es gibt jedoch ein gewisses Maß an physikalischer Vernetzung. Dies ist das thermoplastische Polyurethan-Elastomer, das eine sehr charakteristische Struktur aufweist.

Struktur und Klassifizierung von TPU

Thermoplastisches Polyurethan-Elastomer ist ein lineares (AB)-Blockpolymer. A stellt ein Polymerpolyol (Ester oder Polyether, Molekulargewicht 1000–6000) mit hohem Molekulargewicht dar, das als langkettig bezeichnet wird; B stellt ein Diol mit 2–12 geradkettigen Kohlenstoffatomen dar, das als kurze Kette bezeichnet wird.

In der Struktur des thermoplastischen Polyurethan-Elastomers wird Segment A als weiches Segment bezeichnet, das die Eigenschaften Flexibilität und Weichheit aufweist und TPU Dehnbarkeit verleiht; Die durch die Reaktion zwischen dem B-Segment und Isocyanat erzeugte Urethankette wird als Hartsegment bezeichnet, das sowohl starre als auch harte Eigenschaften aufweist. Durch die Anpassung des Verhältnisses von A- und B-Segmenten werden TPU-Produkte mit unterschiedlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften hergestellt.

Entsprechend der Weichsegmentstruktur kann es in Polyestertyp, Polyethertyp und Butadientyp unterteilt werden, die jeweils eine Estergruppe, eine Ethergruppe oder eine Butengruppe enthalten. Entsprechend der Hartsegmentstruktur kann es in Urethantyp und Urethanharnstofftyp unterteilt werden, die jeweils aus Ethylenglykol-Kettenverlängerern oder Diamin-Kettenverlängerern erhalten werden. Die übliche Klassifizierung ist in Polyestertyp und Polyethertyp unterteilt.

Was sind die Rohstoffe für die TPU-Synthese?

(1) Polymerdiol

Makromolekulares Diol mit einem Molekulargewicht von 500 bis 4000 und bifunktionellen Gruppen, mit einem Anteil von 50 bis 80 % im TPU-Elastomer, spielt eine entscheidende Rolle für die physikalischen und chemischen Eigenschaften von TPU.

Das für TPU-Elastomere geeignete Polymerdiol kann in Polyester und Polyether unterteilt werden: Polyester umfasst Polytetramethylen, Adipinsäureglykol (PBA) und PCL, PHC; Zu den Polyethern gehören Polyoxypropylenetherglykol (PPG), Tetrahydrofuranpolyetherglykol (PTMG) usw.

(2) Diisocyanat

Das Molekulargewicht ist gering, aber die Funktion ist hervorragend. Sie dient nicht nur der Verbindung des Weichsegments und des Hartsegments, sondern verleiht dem TPU auch verschiedene gute physikalische und mechanische Eigenschaften. Die für das TPU anwendbaren Diisocyanate sind: Methylendiphenyldiisocyanat (MDI), Methylen-bis-(-4-cyclohexylisocyanat) (HMDI), p-Phenyldiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (NDI), p-Phenyldimethyldiisocyanat ( PXDI) usw.

(3) Kettenverlängerung

Der Kettenverlängerer mit einem Molekulargewicht von 100 bis 350, der zu einem niedermolekularen Diol gehört, ein geringes Molekulargewicht, eine offene Kettenstruktur und keine Substituentengruppe aufweist, trägt zur Erzielung einer hohen Härte und eines hohen Skalargewichts von TPU bei. Zu den für TPU geeigneten Kettenverlängerern gehören 1,4-Butandiol (BDO), 1,4-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol (HQEE), 1,4-Cyclohexandimethanol (CHDM), p-Phenyldimethylglykol (PXG) usw.

Modifizierungsanwendung von TPU als Zähigkeitsmittel

Um die Produktkosten zu senken und zusätzliche Leistung zu erzielen, können thermoplastische Polyurethan-Elastomere als häufig verwendete Zähigkeitsmittel zum Zähmachen verschiedener thermoplastischer und modifizierter Gummimaterialien verwendet werden.

Aufgrund seiner hohen Polarität kann Polyurethan mit polaren Harzen oder Kautschuken wie chloriertem Polyethylen (CPE) kompatibel sein, die zur Herstellung medizinischer Produkte verwendet werden können; Durch das Mischen mit ABS können technische Thermoplaste ersetzt werden; In Kombination mit Polycarbonat (PC) weist es Eigenschaften wie Ölbeständigkeit, Kraftstoffbeständigkeit und Schlagfestigkeit auf und kann zur Herstellung von Autokarosserien verwendet werden; In Kombination mit Polyester kann die Zähigkeit verbessert werden; Darüber hinaus kann es gut mit PVC, Polyoxymethylen oder PVDC kompatibel sein; Polyester-Polyurethan kann gut mit einer Mischung aus 15 % Nitrilkautschuk oder 40 % Nitrilkautschuk/PVC kompatibel sein; Polyetherpolyurethan kann auch mit Klebstoffen aus einer Mischung aus 40 % Nitrilkautschuk und Polyvinylchlorid gut kompatibel sein; Es kann auch mit Acrylnitril-Styrol-Copolymeren (SAN) kompatibel sein; Es kann mit reaktiven Polysiloxanen interpenetrierende Netzwerkstrukturen (IPN) bilden. Der überwiegende Teil der oben genannten Mischklebstoffe wurde bereits offiziell hergestellt.

In den letzten Jahren wurde in China zunehmend an der Zähigkeit von POM durch TPU geforscht. Durch die Mischung von TPU und POM werden nicht nur die Hochtemperaturbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften von TPU verbessert, sondern auch die Zähigkeit von POM deutlich erhöht. Einige Forscher haben gezeigt, dass die POM-Legierung mit TPU in Zugbruchversuchen im Vergleich zur POM-Matrix vom Sprödbruch zum duktilen Bruch übergegangen ist. Der Zusatz von TPU verleiht POM außerdem eine Formgedächtnisleistung. Der kristalline Bereich von POM dient als feste Phase der Formgedächtnislegierung, während der amorphe Bereich von amorphem TPU und POM als reversible Phase dient. Wenn die Reaktionstemperatur der Erholung 165 °C und die Erholungszeit 120 Sekunden beträgt, erreicht die Erholungsrate der Legierung über 95 % und der Erholungseffekt ist am besten.

Es ist schwierig, TPU mit unpolaren Polymermaterialien wie Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Butadienkautschuk, Isoprenkautschuk oder Altkautschukpulver kompatibel zu machen, und es kann nicht zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit guter Leistung verwendet werden. Für letztere kommen daher häufig Oberflächenbehandlungsverfahren wie Plasma, Corona, Nasschemie, Primer, Flamme oder Reaktivgas zum Einsatz. Beispielsweise hat die American Air Products and Chemicals Company eine F2/O2-Aktivgas-Oberflächenbehandlung an ultrahochmolekularem Polyethylen-Feinpulver mit einem Molekulargewicht von 3–5 Millionen durchgeführt und es in einem Verhältnis von 10 zu Polyurethan-Elastomer hinzugefügt %, was seinen Biegemodul, seine Zugfestigkeit und seine Verschleißfestigkeit deutlich verbessern kann. Und die F2/O2-Aktivgas-Oberflächenbehandlung kann auch auf die gerichtet verlängerten Kurzfasern mit einer Länge von 6–35 mm angewendet werden, was die Steifigkeit und Reißfestigkeit des Verbundmaterials verbessern kann.

Was sind die Anwendungsgebiete von TPU?

Im Jahr 1958 registrierte die Goodrich Chemical Company (heute in Lubrizol umbenannt) erstmals die TPU-Marke Estane. In den letzten 40 Jahren gab es weltweit mehr als 20 Markennamen, und jede Marke verfügt über mehrere Produktserien. Derzeit sind die wichtigsten TPU-Rohstoffhersteller weltweit: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding usw.

Als ausgezeichnetes Elastomer verfügt TPU über ein breites Spektrum an Folgeprodukten, die in den Bereichen des täglichen Bedarfs, Sportartikeln, Spielzeug, Dekorationsmaterialien und anderen Bereichen weit verbreitet sind. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele.

① Schuhmaterialien

Aufgrund seiner hervorragenden Elastizität und Verschleißfestigkeit wird TPU hauptsächlich für Schuhmaterialien verwendet. Schuhprodukte, die TPU enthalten, sind viel angenehmer zu tragen als normale Schuhprodukte und werden daher häufiger in High-End-Schuhprodukten verwendet, insbesondere in einigen Sport- und Freizeitschuhen.

② Schläuche

Aufgrund ihrer Weichheit, guten Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen werden TPU-Schläuche in China häufig als Gas- und Ölschläuche für mechanische Geräte wie Flugzeuge, Panzer, Automobile, Motorräder und Werkzeugmaschinen verwendet.

③ Kabel

TPU bietet Reißfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Biegeeigenschaften, wobei die Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen der Schlüssel zur Kabelleistung ist. Daher nutzen auf dem chinesischen Markt fortschrittliche Kabel wie Steuerkabel und Stromkabel TPUs, um die Beschichtungsmaterialien komplexer Kabeldesigns zu schützen, und ihre Anwendungen werden immer weiter verbreitet.

④ Medizinische Geräte

TPU ist ein sicheres, stabiles und hochwertiges PVC-Ersatzmaterial, das kein Phthalat und andere chemische Schadstoffe enthält und in das Blut oder andere Flüssigkeiten im medizinischen Katheter oder medizinischen Beutel übergeht und Nebenwirkungen verursacht. Darüber hinaus kann das speziell entwickelte TPU in Extrusions- und Injektionsqualität mit ein wenig Fehlersuche problemlos in der vorhandenen PVC-Ausrüstung verwendet werden.

⑤ Fahrzeuge und andere Transportmittel

Durch Extrudieren und Beschichten beider Seiten des Nylongewebes mit thermoplastischem Polyurethan-Elastomer können aufblasbare Angriffs- und Aufklärungsflöße für 3 bis 15 Personen hergestellt werden, die eine viel bessere Leistung als aufblasbare Schlauchboote aus vulkanisiertem Gummi aufweisen. Mit Glasfasern verstärktes thermoplastisches Polyurethan-Elastomer kann zur Herstellung von Karosseriekomponenten wie Formteilen auf beiden Seiten des Fahrzeugs, Türverkleidungen, Stoßstangen, Antireibungsstreifen und Kühlergrills verwendet werden.