Termoplastični poliuretan (TPU) je klasa poliuretanskih elastomera sintetiziranih reakcijom polimerizacije očuha između izocijanata i spojeva koji sadrže hidroksil. Temeljna kemijska reakcija može se predstaviti kao:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-co-or '
U ovoj reakciji, skupina izocijanata reagira s hidroksilnom skupinom kako bi formirala uretansku vezu.
Obično se TPU proizvodi pomoću tri glavne komponente:
Polioli dugog lanca s prosječnom molekularnom težinom u rasponu od 600 do 4000 (koji tvore meke segmente);
Lančani ekstendovi, koji su diol niske molekularne mase (MW ~ 61–400); i
Diizocijanati, koji djeluju kao prekursori tvrdog segmenta.
Konačna svojstva TPU-a od mekog i fleksibilnog do krutog i visokog modulusa u velikoj mjeri na odabiru i omjeru tih sirovina.
Materijali mekih segmenta
Meki segment doprinosi fleksibilnosti, elastičnosti i kontrolira performanse TPU -a pri niskim temperaturama, kao i njegovu otpornost na otapala i vremenske uvjete. Ovi segmenti uglavnom su izrađeni od poliestera ili polietera koji se završavaju hidroksil.
Poliesteri se češće koriste i uključuju materijale kao što su poliadipat, polikaprolakton i alifatski polikarbonatni diol.
Tipični polieteri uključuju polipropilen glikol (PPG) i politetrametilen eter glikol (PTMEG). Ponekad se mješavina poliestera i polieterskih poliola koristi za optimizaciju performansi kombiniranjem hidrolitičke otpornosti, mehaničke čvrstoće i elastičnosti.
Tvrdi segmentni materijali
Tvrdi segment nastaje iz diizocijanata i diola kratkog lanca. Najčešće korišteni diizocijanat u proizvodnji TPU-a je 4,4'-difenilmetan diizocijanat (MDI), poznat po visokoj reaktivnosti i krutosti. Ostali diizocijanati uključuju heksametilen diizocijanat (HDI) i 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil diizocijanat (TODI), odabrani za potrebe za specifičnim performansama ili obradom.
Uobičajeni ekstentori lanca su dioli niske molekularne mase poput etilen glikola, 1,4-butanediola, 1,6-heksanediola i hidrokinona bis (2-hidroksietil) etera, koji pomažu u izgradnji tvrdih segmenata i doprinose mehaničkom jačanju.
Ostali aditivi
Uz primarne komponente, TPU često uključuju različite aditive za poboljšanje obrade i dugoročne stabilnosti:
Sredstva za oslobađanje kalupa, obično derivati masnih kiselina, silikona ili fluoropolimera, dodaju se u malim količinama (0,1%-0,2%) kako bi se pomoglo demodiranju.
Stabilizatori: aromatski karbodiimidi posebno se koriste u TPU-u na bazi poliestera za smanjenje hidrolizne razgradnje (1% -2% mase). Ometani fenoli i amini pomažu u borbi protiv toplinske oksidacije.
UV stabilizatori, poput benzotriazola ili derivata benzofenona, često se kombiniraju s HALS -om (ometani stabilizatori svjetlosti amina) kako bi se spriječilo žutilo i razgradnju od sunčeve svjetlosti.
Punila: Mineralna punila poput kalcijevog karbonata, talka i silicijevog dioksida poboljšavaju krutost ili smanjuju troškove. Ojačavajuća punila uključuju sljub, staklena vlakna i organska vlakna.
Podmazi, uključujući grafit, molibdenski disulfid, PTFE prah i silikonska ulja, poboljšavaju otpornost na habanje i površinske karakteristike.
Plastifikatori se također mogu ugraditi u fino podešavanje fleksibilnosti i ponašanja u obradi.
Ovaj fleksibilni sustav formulacije jedna je od najvećih prednosti TPU -a. Podešavanjem kemije i formulacije, proizvođači mogu stvoriti TPU ocjene prilagođene specifičnim kriterijima performansi od mekih i elastičnih filmova do krutih strukturnih dijelova-sve uz održavanje termoplastične preprodaje.