TPU được tổng hợp như thế nào?
Polyurethane nhiệt dẻo (TPU) là một lớp chất đàn hồi polyurethane được tổng hợp thông qua phản ứng trùng hợp tăng trưởng bước giữa các isocyanates và các hợp chất chứa hydroxyl. Phản ứng hóa học cơ bản có thể được biểu thị là:
RN=C=o + r'-oh ⇌ r-co-or '
Trong phản ứng này, nhóm isocyanate phản ứng với một nhóm hydroxyl để tạo thành một liên kết urethane.
Thông thường, TPU được sản xuất bằng ba thành phần chính:
Polyol chuỗi dài với trọng lượng phân tử trung bình từ 600 đến 4000 (tạo thành các phân đoạn mềm);
Các bộ mở rộng chuỗi, là các diol trọng lượng phân tử thấp (MW ~ 61 Ném400); Và
Diisocyanates, đóng vai trò là tiền thân phân đoạn cứng.
Các tính chất cuối cùng của TPU từ mềm và linh hoạt đến cứng nhắc và phụ thuộc vào mô hình cao phần lớn vào sự lựa chọn và tỷ lệ của các nguyên liệu thô này.
Vật liệu phân đoạn mềm
Phân đoạn mềm đóng góp tính linh hoạt, độ đàn hồi và kiểm soát hiệu suất của TPU ở nhiệt độ thấp, cũng như khả năng chống lại dung môi và thời tiết. Các phân đoạn này thường được làm từ polyesters hoặc polyethers kết thúc hydroxyl.
Polyesters được sử dụng phổ biến hơn và bao gồm các vật liệu như polyadipate, polycaprolactone và diol polycarbonate aliphatic.
Các polyethers điển hình bao gồm polypropylen glycol (PPG) và polytetramethylen ether glycol (PTMEG). Đôi khi, một sự pha trộn của polyester và polyether polyol được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất bằng cách kết hợp điện trở thủy phân, cường độ cơ học và độ đàn hồi.
Vật liệu phân đoạn cứng
Phân đoạn cứng được hình thành từ diisocyanates và các diol chuỗi ngắn. Diisocyanate được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất TPU là 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), được biết đến với độ phản ứng và độ cứng cao. Các diisocyanate khác được sử dụng bao gồm hexametylen diisocyanate (HDI) và 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl diisocyanate (TODI), được chọn cho nhu cầu xử lý hoặc thực hiện cụ thể.
Các bộ mở rộng chuỗi chung là các diol trọng lượng phân tử thấp như ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol và hydroquinone bis (2-hydroxyethyl) ether, giúp xây dựng các phân đoạn cứng và đóng góp vào việc tăng cường cơ học.
Các chất phụ gia khác
Ngoài các thành phần chính, TPU thường bao gồm các chất phụ gia khác nhau để tăng cường xử lý và ổn định dài hạn:
Các chất giải phóng nấm mốc, điển hình là các dẫn xuất của axit béo, silicon hoặc fluoropolyme, được thêm vào với một lượng nhỏ (0,1%mật0,2%) để hỗ trợ giảm dần.
Các chất ổn định: Carbodiimide thơm được sử dụng đặc biệt trong TPU dựa trên polyester để giảm sự suy giảm thủy phân (1% mật2% theo khối lượng). Các phenol và amin bị cản trở giúp chống oxy hóa nhiệt.
Các chất ổn định UV, chẳng hạn như các dẫn xuất benzotriazole hoặc benzophenone, thường được kết hợp với HALS (chất ổn định ánh sáng amin bị cản trở) để ngăn chặn màu vàng và suy thoái từ ánh sáng mặt trời.
Chất độn: Chất độn khoáng như canxi cacbonat, TALC và silica cải thiện độ cứng hoặc giảm chi phí. Củng cố chất độn bao gồm mica, sợi thủy tinh và sợi hữu cơ.
Chất bôi trơn, bao gồm than chì, molybdenum disulfide, bột PTFE và dầu silicon, cải thiện khả năng chống mài mòn và đặc điểm bề mặt.
Thuốc làm dẻo cũng có thể được kết hợp để tinh chỉnh hành vi linh hoạt và xử lý.
Hệ thống công thức linh hoạt này là một trong những lợi thế lớn nhất của TPU. Bằng cách điều chỉnh hóa học và công thức, các nhà sản xuất có thể tạo các lớp TPU phù hợp với các tiêu chí hiệu suất cụ thể từ màng mềm và đàn hồi đến các bộ phận cấu trúc cứng nhắc trong khi vẫn duy trì khả năng tái xử lý nhiệt dẻo.