Termoplastinen polyuretaani (TPU) on polyuretaanilastomeerien luokka, joka on syntetisoitu isosyanaattien ja hydroksyyliä sisältävien yhdisteiden välillä askelkasvun polymerointireaktiolla. Kemiallinen perusreaktio voidaan edustaa seuraavasti:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
Tässä reaktiossa isosyanaattiryhmä reagoi hydroksyyliryhmän kanssa uretaanisidoksen muodostamiseksi.
Tyypillisesti TPU tuotetaan käyttämällä kolme pääkomponenttia:
Pitkäketjuiset polyolit, joiden keskimääräiset molekyylipainot ovat välillä 600-4000 (jotka muodostavat pehmeät segmentit);
Ketjun laajennukset, jotka ovat pienimolekyylipainoisia dioleja (MW ~ 61–400); ja
Diisosyanaatit, jotka toimivat kovan segmentin esiasteena.
TPU: n lopulliset ominaisuudet, jotka sijaitsevat pehmeästä ja joustavasta jäykäyn ja korkeamodulusta riippuen suurelta osin näiden raaka-aineiden valinnasta ja suhteesta.
Pehmeät segmenttimateriaalit
Pehmeä segmentti lisää joustavuutta, joustavuutta ja hallitsee TPU: n suorituskykyä alhaisissa lämpötiloissa, samoin kuin senkestävyyttä liuottimille ja sääolosuhteille. Nämä segmentit valmistetaan yleensä hydroksyylipäätteistä polyestereistä tai polyetereistä.
Polyestereitä käytetään yleisemmin, ja niihin sisältyy materiaaleja, kuten polyadipaaatti, polykaprolaktoni ja alifaattiset polykarbonaattikiolit.
Tyypillisiä polyeettejä ovat polypropeeniglykolia (PPG) ja polytetrametyleenieetteriglykolia (PTMEG). Joskus sekoitusta polyesteri- ja polyeetteripolyoleja käytetään suorituskyvyn optimointiin yhdistämällä hydrolyyttinen vastus, mekaaninen lujuus ja joustavuus.
Kova segmenttimateriaalit
Kova segmentti on muodostettu diisosyanaateista ja lyhytketjuisista dioleista. TPU-tuotannossa laajimmin käytetty diisosyanaatti on 4,4'-difenyylimetaani-diisosyanaatti (MDI), joka tunnetaan sen korkeasta reaktiivisuudesta ja jäykkyydestä. Muita käytettyjä diisosyanaatteja ovat heksametyleenidisosyanaatti (HDI) ja 3,3'-dimetyyli-4,4'-bifenyyli diisosyanaatti (TODI), jotka on valittu erityisiin suorituskyky- tai prosessointitarpeisiin.
Yleiset ketjun pidentäjät ovat pienimolekyylipainoisia dioleja, kuten etyleeniglykolia, 1,4-butanediolia, 1,6-heksanediolia ja hydrokinoni-bis (2-hydroksietyyli) eetteriä, jotka auttavat rakentamaan kovat segmentit ja edistävät mekaanista vahvistusta.
Muut lisäaineet
Ensisijaisten komponenttien lisäksi TPU: t sisältävät usein erilaisia lisäaineita käsittelyn ja pitkäaikaisen stabiilisuuden parantamiseksi:
Muotin vapauttamisaineita, tyypillisesti rasvahappojen, silikonien tai fluoropolymeerien johdannaisia, lisätään pieninä määrinä (0,1%–0,2%) demoldingin helpottamiseksi.
Stabilisaattorit: Aromaattisia karbodiimidejä käytetään erityisesti polyesteripohjaisissa TPU: issa hydrolyyttisen hajoamisen vähentämiseksi (1% –2% massalla). Ehdotetut fenolit ja amiinit auttavat torjumaan lämmön hapettumista.
UV -stabilisaattorit, kuten bentsotriatsoli tai bentsofenonijohdannaiset, yhdistetään usein HALS: iin (estettyjen amiinin valonvakainten stabilisaattorit) estämään kellastuminen ja hajoaminen auringonvalosta.
Täyteaineet: Mineraalitäyteaineet, kuten kalsiumkarbonaatti, talkki ja piidioksidi, parantavat jäykkyyttä tai vähentävät kustannuksia. Vahvisteisiin täyteaineita ovat kiille, lasikuidut ja orgaaniset kuidut.
Voiteluaineet, mukaan lukien grafiitti, molybdeenidisulfidi, PTFE -jauheet ja silikonöljyt, parantavat kulumiskestävyyttä ja pintaominaisuuksia.
Plekterisaattorit voidaan myös sisällyttää hienosäätöön joustavuuteen ja prosessointikäyttäytymiseen.
Tämä joustava formulaatiojärjestelmä on yksi TPU: n suurimmista eduista. Säätämällä kemiaa ja formulaatiota valmistajat voivat luoda TPU-luokkia, jotka on räätälöity tiettyihin suorituskykykriteereihin, jotka ovat pehmeistä ja joustavista kalvoista jäykisiin rakenteellisiin osiin-samalla kun säilyttävät kestomuovisen uudelleenkäsittelyn.