Termoplastični poliuretan (TPU) je razred poliuretanskih elastomerov, sintetiziranih z reakcijo polimerizacije koraka med izocianatom in spojinami, ki vsebujejo hidroksil. Temeljna kemična reakcija je lahko predstavljena kot:
Rn=c=o + r'-Oh ⇌ r-nh-co-or '
V tej reakciji skupina izocianata reagira s hidroksilno skupino, da tvori uretansko povezavo.
Običajno se TPU proizvaja s tremi glavnimi komponentami:
Dolge verižne poliole s povprečno molekulsko maso, ki segajo od 600 do 4000 (ki tvorijo mehke segmente);
Verižni podaljški, ki so dioli z nizko molekulsko maso (MW ~ 61–400); in
Diisocianate, ki delujejo kot predhodniki trdega segmenta.
Končne lastnosti TPU, ki segajo od mehkih in prožnih do toge in visoko modul-odvisnih, v veliki meri na izbiro in razmerju teh surovin.
Mehki segmentni materiali
Mehki segment prispeva fleksibilnost, elastičnost in nadzoruje delovanje TPU pri nizkih temperaturah, pa tudi njegovo odpornost proti topilom in vremenskim vplivom. Ti segmenti so na splošno izdelani iz hidroksil-končnih poliestrov ali poliether.
Poliesterji se pogosteje uporabljajo in vključujejo materiale, kot so poliadipat, polikaprolakton in alifatski polikarbonatni dioli.
Tipični polieterji vključujejo polipropilen glikol (PPG) in politetrametilen eter glikol (PTMEG). Včasih se za optimizacijo zmogljivosti uporablja mešanica poliestra in polieterskih poliolov s kombiniranjem hidrolitične odpornosti, mehanske trdnosti in elastičnosti.
Trdi segmentni materiali
Trdi segment je oblikovan iz diizocijanatov in kratkih verig diol. Najpogosteje uporabljen diizocianat v proizvodnji TPU je 4,4'-difenilmetan diizocianat (MDI), znan po visoki reaktivnosti in togosti. Drugi uporabljeni diizocianati vključujejo heksametilen diisocianat (HDI) in 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil diizocianat (TODI), izbrano za posebne potrebe po zmogljivosti ali obdelavo.
Skupni verižni podaljški so dioli z nizko molekulsko maso, kot so etilen glikol, 1,4-butanediol, 1,6-heksanediol in hidrokinon BIS (2-hidroksietil) eter, ki pomagajo zgraditi trde segmente in prispevajo k mehaničnemu okrepitvi.
Drugi dodatki
Poleg primarnih komponent TPU pogosto vključujejo različne dodatke za izboljšanje obdelave in dolgoročno stabilnost:
Sredstva za sproščanje plesni, običajno derivati maščobnih kislin, silikonov ali fluoropolimerov, se dodajo v majhnih količinah (0,1%–0,2%) za pomoč pri odmiku.
Stabilizatorji: Aromatični karbodiimidi se uporabljajo zlasti v poliestrskih TPU-ji za zmanjšanje hidrolitne razgradnje (1% –2% z maso). Zaprti fenoli in amini pomagajo v boju proti toplotni oksidaciji.
UV stabilizatorji, kot sta benzotriazol ali derivati benzofenona, se pogosto kombinirajo s HAL (ovirani aminski stabilizatorji), da preprečijo, da bi se porumenenje in razgradnja s sončne svetlobe.
Polnila: Mineralna polnila, kot so kalcijev karbonat, talk in silicijev dioksid, izboljšujejo togost ali zmanjšajo stroške. Okrepitvena polnila vključujejo sljude, steklena vlakna in organska vlakna.
Maziva, vključno z grafitom, molibdenom disulfidom, PTFE v prahu in silikonskimi olji, izboljšajo odpornost na obrabo in površinske značilnosti.
Za natančno prilagoditev prilagodljivosti in obdelave je mogoče vključiti tudi mehčalce.
Ta prilagodljiv formulacijski sistem je ena največjih prednosti TPU. S prilagajanjem kemije in formulacije lahko proizvajalci ustvarijo ocene TPU, prilagojene za specifična merila uspešnosti, ki segajo od mehkih in elastičnih filmov do togih strukturnih delov, hkrati pa ohranjajo termoplastično preoblikovanje.