Што такое тэрмапластычны поліўрэтанавы эластомер?
Паліурэтанавы эластамер — гэта разнавіднасць поліўрэтанавых сінтэтычных матэрыялаў (іншыя разнавіднасці адносяцца да поліўрэтанавай пены, поліўрэтанавага клею, поліўрэтанавых пакрыццяў і поліўрэтанавых валакноў), а тэрмапластычны поліўрэтанавы эластамер — адзін з трох тыпаў поліўрэтанавых эластамераў. Звычайна яго называюць ТПУ (два іншыя асноўныя тыпы поліўрэтанавых эластамераў — гэта літыя поліўрэтанавыя эластамеры, скарочана CPU, і змешаныя поліўрэтанавыя эластамеры, скарочана MPU).
ТПУ — гэта від поліўрэтанавых эластомераў, якія можна пластыфікаваць пры награванні і раствараць у растваральніку. У параўнанні з CPU і MPU, ТПУ мае мала або зусім не мае хімічных зшыванняў у сваёй хімічнай структуры. Яго малекулярны ланцуг у асноўным лінейны, але ёсць пэўная ступень фізічных зшыванняў. Гэта тэрмапластычны поліўрэтанавы эластомер з вельмі характэрнай структурай.
Структура і класіфікацыя ТПУ
Тэрмапластычны поліўрэтанавы эластомер — гэта лінейны блок-палімер (AB). А — гэта палімерны поліёл (эфір або поліэфір, малекулярная маса 1000~6000) з высокай малекулярнай масай, які называецца доўгаланцугом; B — гэта дыёл, які змяшчае ад 2 да 12 атамаў вугляроду з прамым ланцугом, які называецца кароткім ланцугом.
У структуры тэрмапластычнага поліўрэтанавага эластамера сегмент А называецца мяккім сегментам, які валодае характарыстыкамі гнуткасці і мяккасці, што надае ТПУ расцяжнасць; урэтанавы ланцуг, які ўтвараецца ў выніку рэакцыі паміж сегментам В і ізацыянатам, называецца цвёрдым сегментам, які мае як жорсткія, так і цвёрдыя ўласцівасці. Рэгулюючы суадносіны сегментаў А і В, атрымліваюцца вырабы з ТПУ з рознымі фізічнымі і механічнымі ўласцівасцямі.
Паводле структуры мяккіх сегментаў, іх можна падзяліць на поліэфірныя, поліэфірныя і бутадыенавыя, якія адпаведна ўтрымліваюць эфірную, эфірную або бутэнавую групы. Паводле структуры цвёрдых сегментаў, іх можна падзяліць на ўрэтанавыя і ўрэтана-мачавінныя, якія адпаведна атрымліваюць з этыленглікольных або дыямінавых падаўжальнікаў ланцуга. Агульнапрынятая класіфікацыя падзяляецца на поліэфірныя і поліэфірныя.
Якая сыравіна выкарыстоўваецца для сінтэзу ТПУ?
(1) Палімерны дыёл
Вырашальную ролю ў фізічных і хімічных уласцівасцях ТПУ адыгрывае макрамалекулярны дыёл з малекулярнай масай ад 500 да 4000 і біфункцыянальныя групы, якія ўтрымліваюцца ад 50% да 80% у эластомеры ТПУ.
Палімерны дыёл, прыдатны для эластамераў ТПУ, можна падзяліць на поліэфір і поліэфір: поліэфір уключае політэтраметыленгліколь адыпінавай кіслаты (PBA), ε PCL, PHC; поліэфіры ўключаюць поліаксіпрапіленгліколь (PPG), тэтрагідрафуранполіэфіргліколь (PTMG) і г.д.
(2) Дыізацыянат
Малекулярная маса невялікая, але функцыя выдатная, бо ТПУ не толькі злучае мяккі і цвёрды сегменты, але і надае яму розныя добрыя фізічныя і механічныя ўласцівасці. Дыізацыянаты, якія прымяняюцца да ТПУ: метылендыфенілдыізацыянат (MDI), метыленбіс(-4-цыклагексілізацыянат) (HMDI), п-фенілдыізацыянат (PPDI), 1,5-нафталіндыізацыянат (NDI), п-фенілдыметылдыізацыянат (PXDI) і г.д.
(3) Падаўжальнік ланцуга
Падаўжальнік ланцуга з малекулярнай масай 100~350, які належыць да нізкамалекулярных дыёлаў, мае невялікую малекулярную масу, адкрытую структуру ланцуга і адсутнасць замяшчальнікаў, спрыяе атрыманню высокай цвёрдасці і высокай скалярнай масы ТПУ. Да падаўжальнікаў ланцуга, прыдатных для ТПУ, адносяцца 1,4-бутандыёл (BDO), 1,4-біс(2-гідраксіэтоксі)бензол (HQEE), 1,4-цыклагександыметанол (CHDM), п-фенілдыметылгліколь (PXG) і г.д.
Мадыфікацыя прымянення ТПУ ў якасці ўмацавальнага агента
Каб знізіць сабекошт прадукцыі і атрымаць дадатковыя характарыстыкі, поліўрэтанавыя тэрмапластычныя эластомеры могуць выкарыстоўвацца ў якасці распаўсюджаных умацавальнікаў для ўмацавання розных тэрмапластычных і мадыфікаваных гумовых матэрыялаў.
Дзякуючы высокай палярнасці, поліўрэтан можа быць сумяшчальны з палярнымі смоламі або каўчукамі, такімі як хлараваны поліэтылен (CPE), якія можна выкарыстоўваць для вырабу медыцынскіх вырабаў; змешванне з ABS можа замяніць інжынерныя тэрмапласты; пры выкарыстанні ў спалучэнні з полікарбанатам (PC) ён валодае такімі ўласцівасцямі, як устойлівасць да алею, устойлівасць да паліва і ўдаратрываласць, і можа выкарыстоўвацца для вырабу кузаваў аўтамабіляў; пры спалучэнні з поліэстэрам яго трываласць можа быць палепшана; акрамя таго, ён можа быць добра сумяшчальны з ПВХ, поліаксіметыленам або ПВДХ; поліэфірны поліўрэтан можа быць добра сумяшчальны з 15% нітрылавага каўчуку або 40% сумессю нітрылавага каўчуку/ПВХ; поліэфірны поліўрэтан таксама можа быць добра сумяшчальны з клеем на аснове 40% нітрылавага каўчуку/полівінілхларыду; ён таксама можа быць сумяшчальны з сапалімерамі акрыланітрылстыролу (SAN); ён можа ўтвараць структуры ўзаемапранікальнай сеткі (IPN) з рэакцыйнымі полісілаксанамі. Пераважная большасць вышэйзгаданых змешаных клеяў ужо афіцыйна выраблена.
У апошнія гады ў Кітаі ўсё часцей праводзяцца даследаванні па павышэнні ўмацавання поліанімальнага валакна (POM) з дапамогай TPU. Змешванне TPU і POM не толькі паляпшае ўстойлівасць да высокіх тэмператур і механічныя ўласцівасці TPU, але і значна павышае ўмацаванне POM. Некаторыя даследчыкі паказалі, што ў выпрабаваннях на расцяжэнне, у параўнанні з матрыцай POM, сплаў POM з TPU пераходзіць ад далікатнага да пластычнага разбурэння. Даданне TPU таксама надае POM характарыстыкі памяці формы. Крышталічная вобласць POM служыць фіксаванай фазай сплаву з памяццю формы, у той час як аморфная вобласць аморфнага TPU і POM служыць зварачальнай фазай. Пры тэмпературы рэакцыі аднаўлення 165 ℃ і часе аднаўлення 120 секунд хуткасць аднаўлення сплаву дасягае больш за 95%, і эфект аднаўлення з'яўляецца найлепшым.
ТПУ цяжка сумяшчальны з непалярнымі палімернымі матэрыяламі, такімі як поліэтылен, поліпрапілен, этыленпрапіленавы каўчук, бутадыенавы каўчук, ізапрэнавы каўчук або парашок адходаў гумы, і не можа быць выкарыстаны для вытворчасці кампазітаў з добрымі характарыстыкамі. Таму для апошніх часта выкарыстоўваюцца метады апрацоўкі паверхні, такія як плазма, карона, вільготная хімія, грунтоўка, полымя або актыўны газ. Напрыклад, кампанія American Air Products and Chemicals правяла павярхоўную апрацоўку актыўным газам F2/O2 на дробным парашку поліэтылену з ультравысокай малекулярнай масай з малекулярнай масай 3-5 мільёнаў і дадала яго да поліўрэтанавага эластомера ў суадносінах 10%, што можа значна палепшыць яго модуль выгібу, трываласць на расцяжэнне і зносаўстойлівасць. Апрацоўка паверхні актыўным газам F2/O2 таксама можа быць ужыта да накіравана выцягнутых кароткіх валокнаў даўжынёй 6-35 мм, што можа палепшыць калянасць і трываласць на разрыў кампазітнага матэрыялу.
Якія сферы прымянення ТПУ?
У 1958 годзе кампанія Goodrich Chemical Company (цяпер перайменаваная ў Lubrizol) упершыню зарэгістравала брэнд TPU Estane. За апошнія 40 гадоў па ўсім свеце з'явілася больш за 20 брэндаў, і кожны брэнд мае некалькі серый прадукцыі. У цяперашні час асноўнымі вытворцамі сыравіны для TPU ў свеце з'яўляюцца: BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding і г.д.
ТПУ, як выдатны эластамер, мае шырокі асартымент прадуктаў, якія шырока выкарыстоўваюцца ў вырабах тавараў штодзённага попыту, спартыўных тавараў, цацак, дэкаратыўных матэрыялаў і іншых галінах. Ніжэй прыведзены некалькі прыкладаў.
① Матэрыялы абутку
ТПУ ў асноўным выкарыстоўваецца для вырабу абутку дзякуючы сваёй выдатнай эластычнасці і зносаўстойлівасці. Абутак, які змяшчае ТПУ, значна зручнейшы ў нашэнні, чым звычайны абутак, таму ён часцей выкарыстоўваецца ў высакаякасным абутку, асабліва ў некаторых відах спартыўнага і паўсядзённага абутку.
② Шлангі
Дзякуючы мяккасці, добрай трываласці на разрыў, ударнай вязкасці і ўстойлівасці да высокіх і нізкіх тэмператур, шлангі з ТПУ шырока выкарыстоўваюцца ў Кітаі ў якасці газавых і нафтавых шлангаў для механічнага абсталявання, такога як самалёты, танкі, аўтамабілі, матацыклы і станкі.
③ Кабель
ТПУ забяспечвае ўстойлівасць да разрываў, зносаўстойлівасць і характарыстыкі выгібу, прычым устойлівасць да высокіх і нізкіх тэмператур з'яўляецца ключом да прадукцыйнасці кабеля. Такім чынам, на кітайскім рынку сучасныя кабелі, такія як кабелі кіравання і сілавыя кабелі, выкарыстоўваюць ТПУ для абароны пакрыццяў складаных канструкцый кабеляў, і іх прымяненне становіцца ўсё больш распаўсюджаным.
④ Медыцынскія прылады
ТПУ — гэта бяспечны, стабільны і якасны заменнік ПВХ, які не ўтрымлівае фталатаў і іншых шкодных хімічных рэчываў і можа трапляць у кроў або іншыя вадкасці ў медыцынскім катетаре або медыцынскім пакеты, выклікаючы пабочныя эфекты. Акрамя таго, спецыяльна распрацаваны ТПУ экструзійнага і ліццёвага класа можна лёгка выкарыстоўваць з некаторымі дапрацоўкамі ў існуючым абсталяванні з ПВХ.
⑤ Транспартныя сродкі і іншыя транспартныя сродкі
Шляхам экструзіі і пакрыцця абодвух бакоў нейлонавай тканіны поліўрэтанавым тэрмапластычным эластамерам можна вырабляць надуўныя баявыя плыты і разведвальныя плыты, якія перавозяць ад 3 да 15 чалавек, са значна лепшымі характарыстыкамі, чым надуўныя плыты з вулканізаванай гумы; поліўрэтанавы тэрмапластычны эластамер, узмоцнены шкловалакном, можна выкарыстоўваць для вырабу кампанентаў кузава, такіх як літыя дэталі з абодвух бакоў самога аўтамабіля, абшыўкі дзвярэй, бампераў, антыфрыкцыйных палос і рашотак радыятара.
Час публікацыі: 10 студзеня 2021 г.