الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان چیست؟

الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان چیست؟

الاستومر پلی اورتان انواعی از مواد مصنوعی پلی اورتان است (سایر انواع به فوم پلی اورتان، چسب پلی اورتان، پوشش پلی اورتان و الیاف پلی یورتان اشاره دارد)، و الاستومر پلی اورتان ترموپلاستیک یکی از سه نوع الاستومر پلی اورتان است که مردم معمولاً به آن TPU می گویند. دو نوع عمده دیگر از الاستومرهای پلی یورتان عبارتند از الاستومرهای پلی یورتان ریخته گری که به اختصار CPU نامیده می شوند و الاستومرهای پلی اورتان مخلوط که به اختصار MPU نامیده می شوند.

TPU نوعی الاستومر پلی اورتان است که می تواند با حرارت دادن پلاستیکی شده و توسط حلال حل شود. در مقایسه با CPU و MPU، TPU در ساختار شیمیایی خود پیوند متقابل شیمیایی کمی دارد یا اصلاً وجود ندارد. زنجیره مولکولی آن اساساً خطی است، اما مقدار مشخصی از اتصال متقابل فیزیکی وجود دارد. این الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان است که از نظر ساختار بسیار مشخص است.

ساختار و طبقه بندی TPU

الاستومر پلی اورتان ترموپلاستیک یک پلیمر خطی بلوک (AB) است. A نشان دهنده یک پلیمر پلیمری (استر یا پلی اتر با وزن مولکولی 1000 تا 6000) با وزن مولکولی بالا است که به آن زنجیره بلند می گویند. B نشان دهنده یک دیول حاوی 2-12 اتم کربن با زنجیره مستقیم است که به آن زنجیره کوتاه می گویند.

در ساختار الاستومر ترموپلاستیک پلی یورتان، قطعه A به قطعه نرم گفته می شود که دارای ویژگی های انعطاف پذیری و نرمی است و باعث می شود TPU قابلیت انبساط داشته باشد. زنجیره یورتان که در اثر واکنش بین بخش B و ایزوسیانات ایجاد می شود، قطعه سخت نامیده می شود که دارای خواص صلب و سخت است. با تنظیم نسبت قطعات A و B محصولات TPU با خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت ساخته می شود.

با توجه به ساختار بخش نرم، می توان آن را به نوع پلی استر، نوع پلی اتر و نوع بوتادین تقسیم کرد که به ترتیب حاوی گروه استر، گروه اتر یا گروه بوتن هستند. با توجه به ساختار قطعه سخت، می توان آن را به نوع اورتان و نوع اوره یورتان تقسیم کرد که به ترتیب از گسترش دهنده های زنجیره ای اتیلن گلیکول یا گسترش دهنده های زنجیره دی آمین به دست می آیند. طبقه بندی رایج به نوع پلی استر و نوع پلی اتر تقسیم می شود.

مواد اولیه برای سنتز TPU چیست؟

(1) پلیمر دیول

دیول ماکرومولکولی با وزن مولکولی بین 500 تا 4000 و گروه های دو عاملی، با محتوای 50 تا 80 درصد در الاستومر TPU، نقش تعیین کننده ای در خواص فیزیکی و شیمیایی TPU ایفا می کند.

پلیمر دیول مناسب برای الاستومر TPU را می توان به پلی استر و پلی اتر تقسیم کرد: پلی استر شامل پلی تتراماتیلن آدیپیک اسید گلیکول (PBA) ε PCL, PHC. پلی اترها شامل پلی اکسی پروپیلن اتر گلیکول (PPG)، تتراهیدروفوران پلی اتر گلیکول (PTMG) و غیره می باشند.

(2) دی ایزوسیانات

وزن مولکولی کوچک است اما عملکرد فوق العاده ای دارد که نه تنها نقش اتصال بخش نرم و بخش سخت را ایفا می کند، بلکه به TPU دارای خواص فیزیکی و مکانیکی خوب مختلفی می شود. دی ایزوسیانات های قابل استفاده در TPU عبارتند از: متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI)، متیلن بیس (-4-سیکلوهگزیل ایزوسیانات) (HMDI)، p-phenyldiisocyanate (PPDI)، 1،5-نفتالین دی ایزوسیانات (NDI)، p-phenylocyanate (دی متیلیس) PXDI) و غیره

(3) افزایش دهنده زنجیر

توسعه دهنده زنجیر با وزن مولکولی 100 ~ 350، متعلق به دیول مولکولی کوچک، وزن مولکولی کوچک، ساختار زنجیره باز و بدون گروه جایگزین برای به دست آوردن سختی بالا و وزن اسکالر بالا TPU مفید است. گسترش دهنده های زنجیره ای مناسب برای TPU عبارتند از 1،4-بوتاندیول (BDO)، 1،4-bis (2-هیدروکسی اتوکسی) بنزن (HQEE)، 1،4-سیکلوهگزان متانول (CHDM)، p-phenyldimethylglycol (PXG) و غیره.

کاربرد اصلاح TPU به عنوان یک عامل سفت کننده

به منظور کاهش هزینه های محصول و به دست آوردن عملکرد اضافی، الاستومرهای ترموپلاستیک پلی یورتان را می توان به عنوان عوامل سفت کننده معمول برای سفت کردن مواد مختلف ترموپلاستیک و لاستیکی اصلاح شده استفاده کرد.

پلی اورتان به دلیل قطبیت بالا می تواند با رزین های قطبی یا لاستیک ها مانند پلی اتیلن کلردار (CPE) سازگار باشد که می توان از آن برای ساخت محصولات پزشکی استفاده کرد. ترکیب با ABS می تواند جایگزین ترموپلاستیک های مهندسی برای استفاده شود. هنگامی که در ترکیب با پلی کربنات (PC) استفاده می شود، دارای خواصی مانند مقاومت در برابر روغن، مقاومت در برابر سوخت و مقاومت در برابر ضربه است و می توان از آن برای ساخت بدنه خودرو استفاده کرد. هنگامی که با پلی استر ترکیب می شود، چقرمگی آن را می توان بهبود بخشید. علاوه بر این، می تواند به خوبی با PVC، پلی اکسی متیلن یا PVDC سازگار باشد. پلی یورتان پلی استر می تواند به خوبی با 15% لاستیک نیتریل یا 40% لاستیک نیتریل / مخلوط پی وی سی سازگار باشد. پلی اورتان پلی اتر همچنین می تواند به خوبی با چسب مخلوط لاستیک نیتریل/پلی وینیل کلرید 40% سازگار باشد. همچنین می تواند با کوپلیمرهای اکریلونیتریل استایرن (SAN) سازگار باشد. این می تواند ساختارهای شبکه متقابل (IPN) را با پلی سیلوکسان های فعال تشکیل دهد. اکثریت قریب به اتفاق چسب های ترکیبی فوق الذکر به طور رسمی تولید شده اند.

در سال های اخیر، تحقیقات فزاینده ای در مورد سخت شدن POM توسط TPU در چین انجام شده است. ترکیب TPU و POM نه تنها مقاومت در برابر دمای بالا و خواص مکانیکی TPU را بهبود می بخشد، بلکه به طور قابل توجهی POM را محکم می کند. برخی از محققان نشان داده‌اند که در آزمایش‌های شکست کششی، در مقایسه با ماتریس POM، آلیاژ POM با TPU از شکست شکننده به شکست انعطاف‌پذیر تبدیل شده است. اضافه شدن TPU همچنین به POM عملکرد حافظه شکل می دهد. ناحیه کریستالی POM به عنوان فاز ثابت آلیاژ حافظه شکل عمل می کند، در حالی که ناحیه آمورف TPU آمورف و POM به عنوان فاز برگشت پذیر عمل می کند. هنگامی که دمای پاسخ بازیابی 165 ℃ و زمان بازیابی 120 ثانیه است، میزان بازیابی آلیاژ به بیش از 95٪ می رسد و اثر بازیابی بهترین است.

سازگاری TPU با مواد پلیمری غیر قطبی مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن، لاستیک اتیلن پروپیلن، لاستیک بوتادین، لاستیک ایزوپرن یا پودر لاستیک زائد دشوار است و نمی توان از آن برای تولید کامپوزیت هایی با عملکرد خوب استفاده کرد. بنابراین، روش های تصفیه سطحی مانند پلاسما، تاج، شیمی مرطوب، پرایمر، شعله یا گاز واکنشی اغلب برای دومی استفاده می شود. به عنوان مثال، شرکت American Air Products and Chemicals عملیات سطح گاز فعال F2/O2 را بر روی پودر ریز پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا با وزن مولکولی 3 تا 5 میلیون انجام داده و آن را به الاستومر پلی اورتان با نسبت 10 اضافه کرده است. درصد، که می تواند مدول خمشی، استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. و عملیات سطح گاز فعال F2/O2 را می توان برای الیاف کوتاه جهت دار با طول 6-35 میلی متر نیز اعمال کرد که می تواند سفتی و چقرمگی پارگی مواد کامپوزیت را بهبود بخشد.

زمینه های کاربردی TPU چیست؟

در سال 1958، شرکت گودریچ شیمی (که اکنون به Lubrizol تغییر نام داده است) برای اولین بار برند TPU Estane را به ثبت رساند. در طول 40 سال گذشته، بیش از 20 نام تجاری در سراسر جهان وجود داشته است و هر برند دارای چندین سری محصول است. در حال حاضر تولیدکنندگان اصلی مواد خام TPU در جهان عبارتند از: BASF، Covestro، Lubrizol، Huntsman Corporation، McKinsey، Golding و غیره.

به عنوان یک الاستومر عالی، TPU دارای طیف گسترده ای از محصولات پایین دستی است که به طور گسترده در نیازهای روزانه، کالاهای ورزشی، اسباب بازی ها، مواد تزئینی و سایر زمینه ها استفاده می شود. در زیر چند نمونه آورده شده است.

① مواد کفش

TPU به دلیل خاصیت ارتجاعی عالی و مقاومت در برابر سایش عمدتاً برای مواد کفش استفاده می شود. پوشیدن کفش‌های حاوی TPU بسیار راحت‌تر از کفش‌های معمولی است، بنابراین در محصولات کفش‌های گران‌قیمت، به‌ویژه برخی از کفش‌های ورزشی و کفش‌های غیررسمی، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

② شیلنگ

شیلنگ های TPU به دلیل نرمی، استحکام کششی خوب، استحکام ضربه ای و مقاومت در برابر دماهای بالا و پایین، به طور گسترده در چین به عنوان شیلنگ گاز و روغن برای تجهیزات مکانیکی مانند هواپیما، مخازن، اتومبیل، موتور سیکلت و ماشین ابزار استفاده می شود.

③ کابل

TPU مقاومت در برابر پارگی، مقاومت در برابر سایش، و ویژگی های خمشی را ارائه می دهد و مقاومت در برابر دمای بالا و پایین کلید عملکرد کابل است. بنابراین در بازار چین، کابل‌های پیشرفته مانند کابل‌های کنترل و کابل‌های برق از TPU برای محافظت از مواد پوششی طرح‌های پیچیده کابل استفاده می‌کنند و کاربردهای آن‌ها به طور فزاینده‌ای گسترش می‌یابد.

④ دستگاه های پزشکی

TPU یک ماده جایگزین پی وی سی ایمن، پایدار و با کیفیت است که حاوی فتالات و سایر مواد مضر شیمیایی نخواهد بود و برای ایجاد عوارض جانبی به خون یا مایعات دیگر در کاتتر پزشکی یا کیسه پزشکی مهاجرت می کند. علاوه بر این، درجه اکستروژن ویژه توسعه یافته و درجه تزریق TPU را می توان به راحتی با کمی اشکال زدایی در تجهیزات PVC موجود استفاده کرد.

⑤ وسایل نقلیه و سایر وسایل حمل و نقل

با اکسترود کردن و پوشاندن هر دو طرف پارچه نایلونی با الاستومر ترموپلاستیک پلی یورتان، می توان قایق های حمله جنگی بادی و قایق های شناسایی با 3 تا 15 نفر را ساخت که عملکرد بسیار بهتری نسبت به قایق های بادی لاستیکی ولکانیزه دارند. الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان تقویت شده با الیاف شیشه می تواند برای ساخت اجزای بدنه مانند قطعات قالب گیری شده در دو طرف خود خودرو، پوسته درها، سپرها، نوارهای ضد اصطکاک و توری ها استفاده شود.