מהו אלסטומר פוליאוריטן תרמופלסטי?

מהו אלסטומר פוליאוריטן תרמופלסטי?

אלסטומר פוליאוריטן הוא מגוון של חומרים סינתטיים פוליאוריטן (זנים אחרים מתייחסים לקצף פוליאוריטן, דבק פוליאוריטן, ציפוי פוליאוריטן וסיבי פוליאוריטן), ואלסטומר פוליאוריטן תרמופלסטי הוא אחד משלושת הסוגים של אלסטומר פוליאוריטן, אנשים מתייחסים אליו בדרך כלל כאל TPU שני סוגים עיקריים נוספים של אלסטומרים פוליאוריטן הם אלסטומרים יצוקים של פוליאוריטן, המקוצרים כ-CPU, ואלסטומרים פוליאוריטן מעורבים, המקוצרים כ-MPU).

TPU הוא סוג של אלסטומר פוליאוריטן שניתן לפלסטיק על ידי חימום ולהמיס על ידי ממס. בהשוואה ל-CPU ו-MPU, ל-TPU יש מעט או ללא חיבור כימי צולב במבנה הכימי שלו. השרשרת המולקולרית שלו היא בעצם ליניארית, אבל יש מידה מסוימת של קישור צולב פיזי. זהו אלסטומר פוליאוריתן תרמופלסטי שאופייני מאוד במבנהו.

מבנה וסיווג של TPU

אלסטומר פוליאוריטן תרמופלסטי הוא פולימר ליניארי בלוק (AB). A מייצג פוליאול פולימרי (אסתר או פוליאתר, משקל מולקולרי של 1000~6000) בעל משקל מולקולרי גבוה, הנקרא שרשרת ארוכה; B מייצג דיול המכיל 2-12 אטומי פחמן שרשרת ישרה, הנקרא שרשרת קצרה.

במבנה של אלסטומר פוליאוריטן תרמופלסטי, מקטע A נקרא מקטע רך, בעל המאפיינים של גמישות ורכות, מה שהופך את TPU ליכולת הרחבה; שרשרת האוריתן שנוצרת מהתגובה בין מקטע B לאיזוציאנט נקראת מקטע קשה, בעל תכונות קשיחות וקשות כאחד. על ידי התאמת היחס בין מקטעי A ו-B, נוצרים מוצרי TPU בעלי תכונות פיזיות ומכניות שונות.

על פי מבנה המקטע הרך, ניתן לחלק אותו לסוג פוליאסטר, סוג פוליאתר וסוג בוטאדיאן, המכילים בהתאמה קבוצת אסטר, קבוצת אתר או קבוצת בוטן. על פי מבנה המקטע הקשה, ניתן לחלק אותו לסוג urethane ו- urethane urea, המתקבלים בהתאמה ממאריכי שרשרת אתילן גליקול או מאריכים שרשרת דיאמין. הסיווג הנפוץ מחולק לסוג פוליאסטר וסוג פוליאתר.

מהם חומרי הגלם לסינתזת TPU?

(1) פולימר דיול

דיול מקרומולקולרי עם משקל מולקולרי שנע בין 500 ל-4000 וקבוצות דו-פונקציונליות, עם תכולה של 50% עד 80% באלסטומר TPU, ממלא תפקיד מכריע בתכונות הפיזיקליות והכימיות של TPU.

ניתן לחלק את הפולימר דיול המתאים לאסטומר TPU לפוליאסטר ופוליאתר: פוליאסטר כולל פוליטרמתילן גליקול חומצה אדיפית (PBA) ε PCL, PHC; פוליאתרים כוללים polyoxypropylene ether glycol (PPG), tetrahydrofuran polyether glycol (PTMG) וכו'.

(2) דיאיזוציאנט

המשקל המולקולרי קטן אך הפונקציה יוצאת מן הכלל, אשר לא רק ממלאת את התפקיד של חיבור המקטע הרך והקטע הקשיח, אלא גם מקנה ל-TPU תכונות פיזיות ומכניות טובות שונות. הדי-איזוציאנטים החלים על ה-TPU הם: מתילן דיפניל דיאיזוציאנאט (MDI), מתילן ביס (-4-ציקלוהקסינאט) (HMDI), p-פנילדיאיזוציאנאט (PPDI), 1,5-נפטלן דיאיזוציאנט (NDI), p-פנילדימתיל דיאיזוציאנט ( PXDI) וכו'.

(3) מאריך שרשרת

מאריך השרשרת עם משקל מולקולרי של 100~350, השייך לדיול מולקולרי קטן, משקל מולקולרי קטן, מבנה שרשרת פתוח וללא קבוצה תחליפים תורם להשגת קשיות גבוהה ומשקל סקלרי גבוה של TPU. מרחיבי השרשרת המתאימים ל-TPU כוללים 1,4-בוטנדיול (BDO), 1,4-ביס (2-hydroxyethoxy) בנזן (HQEE), 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), p-phenyldimethylglycol (PXG) וכו'.

יישום שינוי של TPU כסוכן מחזק

על מנת להפחית את עלויות המוצר ולהשיג ביצועים נוספים, ניתן להשתמש באלסטומרים תרמופלסטיים מפוליאוריתן כחומרי התקשות נפוצים להקשחת חומרי גומי תרמופלסטיים שונים וגומי שונה.

בשל הקוטביות הגבוהה שלו, פוליאוריטן יכול להיות תואם עם שרפים או גומיות קוטביות, כגון פוליאתילן כלור (CPE), שניתן להשתמש בו לייצור מוצרים רפואיים; מיזוג עם ABS יכול להחליף תרמופלסטיות הנדסיות לשימוש; בשימוש בשילוב עם פוליקרבונט (PC), יש לו תכונות כמו עמידות בשמן, עמידות בדלק ועמידות בפני פגיעות, וניתן להשתמש בה לייצור מרכבים של מכוניות; בשילוב עם פוליאסטר, ניתן לשפר את הקשיחות שלו; בנוסף, זה יכול להיות תואם היטב עם PVC, Polyoxymethylene או PVDC; פוליאסטר פוליאסטר יכול להיות תואם היטב עם 15% גומי ניטריל או 40% גומי ניטריל/PVC; פוליאוריטן פוליאתר יכול גם להיות תואם היטב עם דבק 40% גומי ניטריל/פוליויניל כלוריד; זה יכול להיות תואם גם עם קופולימרים אקרילוניטריל סטירן (SAN); זה יכול ליצור מבני רשת חודרים (IPN) עם polysiloxanes תגובתיים. הרוב המכריע של הדבקים המעורבבים שהוזכרו לעיל כבר הופקו באופן רשמי.

בשנים האחרונות, ישנו מחקר הולך וגובר על ההקשחה של POM על ידי TPU בסין. המיזוג של TPU ו-POM לא רק משפר את עמידות הטמפרטורה הגבוהה ואת התכונות המכניות של TPU, אלא גם מחזק משמעותית את ה-POM. כמה חוקרים הראו שבמבחני שבר מתיחה, בהשוואה למטריצת POM, סגסוגת POM עם TPU עברה משבר שביר לשבר רקיע. התוספת של TPU גם מקנה ל-POM ביצועי זיכרון צורות. האזור הגבישי של POM משמש כפאזה קבועה של סגסוגת זיכרון הצורה, בעוד שהאזור האמורפי של TPU ו-POM אמורפי משמש כשלב הפיך. כאשר טמפרטורת תגובת ההתאוששות היא 165 ℃ וזמן ההתאוששות הוא 120 שניות, שיעור ההתאוששות של הסגסוגת מגיע ליותר מ-95%, והשפעת ההתאוששות היא הטובה ביותר.

TPU קשה להיות תואם לחומרים פולימרים לא קוטביים כגון פוליאתילן, פוליפרופילן, גומי אתילן פרופילן, גומי בוטאדיאן, גומי איזופרן או אבקת גומי פסולת, ולא ניתן להשתמש בו לייצור חומרים מרוכבים עם ביצועים טובים. לכן, שיטות טיפול משטח כגון פלזמה, קורונה, כימיה רטובה, פריימר, להבה או גז תגובתי משמשות לעתים קרובות עבור האחרונים. לדוגמה, חברת American Air Products and Chemicals Company ביצעה טיפול משטח גז פעיל F2/O2 על אבקת פוליאתילן עדינה במשקל מולקולרי גבוה במיוחד במשקל מולקולרי של 3-5 מיליון, והוסיפה אותה לפוליאוריתן אלסטומר ביחס של 10 %, שיכול לשפר משמעותית את מודול הגמישות, חוזק המתיחה ועמידות הבלאי שלו. וניתן ליישם את טיפול פני הגז הפעיל F2/O2 גם על סיבים קצרים מוארכים בכיוון של 6-35 מ"מ, מה שיכול לשפר את הקשיחות והקשיחות של החומר המרוכב.

מהם תחומי היישום של TPU?

בשנת 1958, חברת Goodrich Chemical (כיום שונה שמה ללובריזול) רשמה לראשונה את מותג TPU Estane. במהלך 40 השנים האחרונות, היו יותר מ-20 שמות מותגים ברחבי העולם, ולכל מותג יש מספר סדרות של מוצרים. נכון להיום, יצרני חומרי הגלם העיקריים של TPU בעולם הם: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding וכו'.

בתור אלסטומר מצוין, ל-TPU מגוון רחב של מוצרים במורד הזרם, שנמצאים בשימוש נרחב בצרכי היומיום, מוצרי ספורט, צעצועים, חומרים דקורטיביים ותחומים אחרים. להלן מספר דוגמאות.

① חומרי נעליים

TPU משמש בעיקר לחומרי נעליים בשל הגמישות המצוינת והעמידות בפני שחיקה. מוצרי הנעלה המכילים TPU נוחים הרבה יותר ללבישה ממוצרי הנעלה רגילים, ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב יותר במוצרי הנעלה יוקרתיים, במיוחד כמה נעלי ספורט ונעלי קז'ואל.

② צינורות

בשל רכותו, חוזק מתיחה טוב, חוזק השפעה ועמידות לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, צינורות TPU נמצאים בשימוש נרחב בסין כצינורות גז ונפט לציוד מכני כגון מטוסים, טנקים, מכוניות, אופנועים וכלי מכונות.

③ כבל

TPU מספק עמידות בפני קריעה, עמידות בפני שחיקה וכיפוף, כאשר עמידות בטמפרטורה גבוהה ונמוכה היא המפתח לביצועי הכבלים. אז בשוק הסיני, כבלים מתקדמים כגון כבלי בקרה וכבלי חשמל משתמשים ב-TPU כדי להגן על חומרי הציפוי של עיצובי כבלים מורכבים, והיישומים שלהם הופכים נפוצים יותר ויותר.

④ מכשירים רפואיים

TPU הינו חומר תחליף PVC בטוח, יציב ואיכותי, אשר לא יכיל Phthalate וחומרים מזיקים כימיים אחרים, וינדוד לדם או לנוזלים אחרים בקטטר הרפואי או בשקית הרפואית כדי לגרום לתופעות לוואי. יתר על כן, ניתן להשתמש בקלות בדרגת האקסטרוזיה שפותחה במיוחד ובדרגת ההזרקה עם מעט ניפוי באגים בציוד ה-PVC הקיים.

⑤ כלי רכב ואמצעי תחבורה אחרים

על ידי חילוץ וציפוי שני הצדדים של בד ניילון באלסטומר תרמופלסטי פוליאוריטן, ניתן ליצור רפסודות מתנפחות קרביות ורפסודות סיור הנושאות 3-15 אנשים, עם ביצועים טובים בהרבה מרפסודות מתנפחות מגומי מגופר; אלסטומר תרמופלסטי פוליאוריתן מחוזק בסיבי זכוכית יכול לשמש לייצור רכיבי גוף כגון חלקים יצוקים משני צידי המכונית עצמה, עורות לדלתות, פגושים, פסים נגד חיכוך וסורגים.