Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi polyurethane là gì?

Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi polyurethane là gì?

Chất đàn hồi Polyurethane là một loại vật liệu tổng hợp polyurethane (các loại khác bao gồm bọt polyurethane, keo dán polyurethane, lớp phủ polyurethane và sợi polyurethane), và chất đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo là một trong ba loại chất đàn hồi polyurethane. Mọi người thường gọi nó là TPU (hai loại chất đàn hồi polyurethane chính khác là chất đàn hồi polyurethane đúc, viết tắt là CPU, và chất đàn hồi polyurethane hỗn hợp, viết tắt là MPU).

TPU là một loại elastomer polyurethane có thể được hóa dẻo bằng cách gia nhiệt và hòa tan bằng dung môi. So với CPU và MPU, TPU có rất ít hoặc không có liên kết chéo hóa học trong cấu trúc hóa học. Chuỗi phân tử của nó về cơ bản là tuyến tính, nhưng có một lượng liên kết chéo vật lý nhất định. Đây là elastomer polyurethane nhiệt dẻo có cấu trúc rất đặc trưng.

Cấu trúc và phân loại TPU

Polyurethane đàn hồi nhiệt dẻo là một polymer mạch thẳng khối (AB). A là một polymer polyol (este hoặc polyether, khối lượng phân tử từ 1000~6000) có khối lượng phân tử cao, được gọi là chuỗi dài; B là một diol chứa 2-12 nguyên tử carbon mạch thẳng, được gọi là chuỗi ngắn.

Trong cấu trúc của elastomer polyurethane nhiệt dẻo, đoạn A được gọi là đoạn mềm, có đặc tính mềm dẻo và linh hoạt, giúp TPU có khả năng kéo giãn; mạch urethane được tạo ra bởi phản ứng giữa đoạn B và isocyanate được gọi là đoạn cứng, có cả đặc tính cứng và cứng. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ đoạn A và đoạn B, các sản phẩm TPU có các đặc tính vật lý và cơ học khác nhau được tạo ra.

Theo cấu trúc đoạn mềm, có thể chia thành loại polyester, loại polyether và loại butadien, tương ứng chứa nhóm este, nhóm ether hoặc nhóm buten. Theo cấu trúc đoạn cứng, có thể chia thành loại urethane và loại urethane urê, tương ứng thu được từ chất kéo dài chuỗi ethylene glycol hoặc chất kéo dài chuỗi diamine. Phân loại phổ biến được chia thành loại polyester và loại polyether.

Nguyên liệu thô để tổng hợp TPU là gì?

(1) Polymer Diol

Diol đại phân tử có khối lượng phân tử từ 500 đến 4000 và các nhóm chức năng kép, với hàm lượng từ 50% đến 80% trong elastomer TPU, đóng vai trò quyết định đến tính chất vật lý và hóa học của TPU.

Polymer Diol thích hợp cho elastomer TPU có thể được chia thành polyester và polyether: polyester bao gồm polytetramethylene Adipic acid glycol (PBA) ε PCL, PHC; Polyether bao gồm polyoxypropylene ether glycol (PPG), tetrahydrofuran polyether glycol (PTMG), v.v.

(2) Diisocyanate

Khối lượng phân tử nhỏ nhưng chức năng lại vượt trội, không chỉ đóng vai trò kết nối phần mềm và phần cứng mà còn mang lại cho TPU nhiều tính chất vật lý và cơ học ưu việt. Các diisocyanate ứng dụng cho TPU bao gồm: Methylene diphenyl diisocyanate (MDI), methylene bis (-4-cyclohexyl isocyanate) (HMDI), p-phenyldiisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), p-phenyldimethyl diisocyanate (PXDI), v.v.

(3) Bộ mở rộng chuỗi

Chất kéo dài chuỗi có trọng lượng phân tử từ 100~350, thuộc nhóm Diol phân tử nhỏ, trọng lượng phân tử nhỏ, cấu trúc mạch hở và không có nhóm thế, có lợi cho việc thu được TPU có độ cứng cao và trọng lượng vô hướng cao. Các chất kéo dài chuỗi phù hợp cho TPU bao gồm 1,4-butanediol (BDO), 1,4-bis (2-hydroxyethoxy) benzen (HQEE), 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), p-phenyldimethylglycol (PXG), v.v.

Ứng dụng sửa đổi của TPU như một tác nhân làm cứng

Để giảm chi phí sản phẩm và đạt được hiệu suất bổ sung, chất đàn hồi nhiệt dẻo polyurethane có thể được sử dụng làm chất làm cứng thông thường để làm cứng nhiều loại vật liệu nhiệt dẻo và cao su biến tính.

Do có độ phân cực cao, polyurethane có thể tương thích với các loại nhựa hoặc cao su phân cực, chẳng hạn như polyethylene clo hóa (CPE), có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm y tế; Pha trộn với ABS có thể thay thế nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật để sử dụng; Khi được sử dụng kết hợp với polycarbonate (PC), nó có các đặc tính như khả năng chống dầu, chống nhiên liệu và chống va đập và có thể được sử dụng để chế tạo thân xe; Khi kết hợp với polyester, độ dẻo dai của nó có thể được cải thiện; Ngoài ra, nó có thể tương thích tốt với PVC, Polyoxymethylene hoặc PVDC; Polyurethane polyester có thể tương thích tốt với hỗn hợp cao su nitrile 15% hoặc cao su nitrile/PVC 40%; Polyether polyurethane cũng có thể tương thích tốt với hỗn hợp cao su nitrile/polyvinyl clorua 40%; Nó cũng có thể tương thích đồng thời với đồng trùng hợp acrylonitrile styrene (SAN); Nó có thể tạo thành cấu trúc mạng lưới xen kẽ (IPN) với polysiloxane phản ứng. Phần lớn các loại keo dán hỗn hợp nêu trên đã được sản xuất chính thức.

Trong những năm gần đây, ngày càng có nhiều nghiên cứu về việc làm cứng POM bằng TPU tại Trung Quốc. Việc pha trộn TPU và POM không chỉ cải thiện khả năng chịu nhiệt độ cao và các tính chất cơ học của TPU mà còn làm cho POM trở nên cứng hơn đáng kể. Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong các thử nghiệm gãy kéo, so với ma trận POM, hợp kim POM với TPU đã chuyển từ gãy giòn sang gãy dẻo. Việc bổ sung TPU cũng mang lại cho POM hiệu suất nhớ hình. Vùng tinh thể của POM đóng vai trò là pha cố định của hợp kim nhớ hình, trong khi vùng vô định hình của TPU vô định hình và POM đóng vai trò là pha thuận nghịch. Khi nhiệt độ phản ứng phục hồi là 165 ℃ và thời gian phục hồi là 120 giây, tốc độ phục hồi của hợp kim đạt trên 95% và hiệu quả phục hồi là tốt nhất.

TPU khó tương thích với các vật liệu polyme không phân cực như polyethylene, polypropylene, cao su Ethylene propylene, cao su butadiene, cao su isoprene hoặc bột cao su thải và không thể được sử dụng để sản xuất vật liệu composite có hiệu suất tốt. Do đó, các phương pháp xử lý bề mặt như plasma, corona, hóa học ướt, sơn lót, ngọn lửa hoặc khí phản ứng thường được sử dụng cho phương pháp sau. Ví dụ, Công ty Sản phẩm và Hóa chất Hàng không Hoa Kỳ đã tiến hành xử lý bề mặt bằng khí hoạt tính F2/O2 trên bột mịn polyethylene có trọng lượng phân tử cực cao với trọng lượng phân tử từ 3-5 triệu và thêm vào chất đàn hồi polyurethane với tỷ lệ 10%, có thể cải thiện đáng kể Mô đun uốn, độ bền kéo và khả năng chống mài mòn của vật liệu composite. Và xử lý bề mặt bằng khí hoạt tính F2/O2 cũng có thể được áp dụng cho các sợi ngắn kéo dài theo hướng có chiều dài 6-35mm, có thể cải thiện độ cứng và độ dai xé của vật liệu composite.

Ứng dụng của TPU là gì?

Năm 1958, Công ty Hóa chất Goodrich (nay đổi tên thành Lubrizol) đã đăng ký thương hiệu TPU Estane lần đầu tiên. Trong 40 năm qua, đã có hơn 20 thương hiệu trên toàn thế giới, mỗi thương hiệu có nhiều dòng sản phẩm. Hiện nay, các nhà sản xuất nguyên liệu TPU chính trên thế giới là: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding, v.v.

Là một chất đàn hồi tuyệt vời, TPU có nhiều sản phẩm hạ nguồn, được sử dụng rộng rãi trong các nhu yếu phẩm hàng ngày, đồ thể thao, đồ chơi, vật liệu trang trí và nhiều lĩnh vực khác. Dưới đây là một vài ví dụ.

① Chất liệu giày

TPU chủ yếu được sử dụng làm vật liệu giày dép nhờ độ đàn hồi và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Sản phẩm giày dép chứa TPU mang lại cảm giác thoải mái hơn nhiều so với giày dép thông thường, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi hơn trong các sản phẩm giày dép cao cấp, đặc biệt là một số loại giày thể thao và giày thường ngày.

② Ống mềm

Nhờ độ mềm, độ bền kéo tốt, độ bền va đập và khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp, ống TPU được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc làm ống dẫn khí và dầu cho các thiết bị cơ khí như máy bay, xe tăng, ô tô, xe máy và máy công cụ.

③ Cáp

TPU có đặc tính chống rách, chống mài mòn và chống uốn cong, trong đó khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp là chìa khóa cho hiệu suất của cáp. Vì vậy, tại thị trường Trung Quốc, các loại cáp tiên tiến như cáp điều khiển và cáp nguồn sử dụng TPU để bảo vệ vật liệu phủ của các thiết kế cáp phức tạp, và ứng dụng của chúng ngày càng phổ biến.

④ Thiết bị y tế

TPU là vật liệu thay thế PVC an toàn, ổn định và chất lượng cao, không chứa Phthalate và các chất hóa học độc hại khác, và sẽ không thấm vào máu hoặc các chất lỏng khác trong ống thông y tế hoặc túi y tế, gây ra tác dụng phụ. Hơn nữa, TPU cấp độ đùn và cấp độ tiêm được phát triển đặc biệt có thể dễ dàng sử dụng với một chút sửa lỗi trong thiết bị PVC hiện có.

⑤ Xe cộ và các phương tiện vận tải khác

Bằng cách đùn và phủ cả hai mặt của vải nylon bằng chất đàn hồi nhiệt dẻo polyurethane, có thể chế tạo bè tấn công chiến đấu bơm hơi và bè trinh sát chở 3-15 người, có hiệu suất tốt hơn nhiều so với bè bơm hơi bằng cao su lưu hóa; Chất đàn hồi nhiệt dẻo polyurethane gia cố bằng sợi thủy tinh có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận thân xe như các bộ phận đúc ở cả hai mặt của xe, vỏ cửa, cản, dải chống ma sát và lưới tản nhiệt.