Thermoplastic Polyurethane (TPU) เป็นคลาสของอีลาสโตเมอร์โพลียูรีเทนที่สังเคราะห์ขึ้นผ่านปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันที่เติบโตอย่างรวดเร็วระหว่างไอโซไซยาเนตและสารประกอบที่มีไฮดรอกซิล ปฏิกิริยาเคมีพื้นฐานสามารถแสดงเป็น:
rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
ในปฏิกิริยานี้กลุ่ม isocyanate ทำปฏิกิริยากับกลุ่มไฮดรอกซิลเพื่อสร้างการเชื่อมโยงยูรีเทน
โดยทั่วไปแล้ว TPU จะผลิตโดยใช้สามองค์ประกอบหลัก:
โพลีออลสายยาวที่มีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 600 ถึง 4000 (ซึ่งเป็นส่วนที่อ่อนนุ่ม);
ตัวขยายโซ่ซึ่งเป็น diols น้ำหนักโมเลกุลต่ำ (MW ~ 61–400); และ
Diisocyanates ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นส่วนที่แข็ง
คุณสมบัติสุดท้ายของ TPU ตั้งแต่อ่อนและยืดหยุ่นไปจนถึงความแข็งและสูงขึ้นอยู่กับการเลือกและอัตราส่วนของวัตถุดิบเหล่านี้
วัสดุส่วนที่อ่อนนุ่ม
ส่วนที่อ่อนนุ่มมีความยืดหยุ่นความยืดหยุ่นและควบคุมประสิทธิภาพของ TPU ที่อุณหภูมิต่ำรวมถึงความต้านทานต่อตัวทำละลายและการผุกร่อน ส่วนเหล่านี้มักทำจากโพลีเอสเตอร์ที่สิ้นสุดไฮดรอกซิลหรือโพลีเอทเชอร์
polyesters มักใช้กันทั่วไปและรวมถึงวัสดุเช่น polyadipate, polycaprolactone และ polycarbonate diols aliphatic
polyethers ทั่วไป ได้แก่ polypropylene glycol (PPG) และ polytetramethylene ether glycol (PTMEG) บางครั้งการผสมผสานของโพลีเอสเตอร์และโพลีเอทเทอร์โพลีเอลใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพโดยการรวมความต้านทานไฮโดรไลติกความแข็งแรงเชิงกลและความยืดหยุ่น
วัสดุส่วนที่แข็ง
ส่วนที่แข็งนั้นเกิดจาก diisocyanates และ diols สายสั้น diisocyanate ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิต TPU คือ 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องการเกิดปฏิกิริยาและความแข็งแกร่งสูง diisocyanates อื่น ๆ ที่ใช้ ได้แก่ hexamethylene diisocyanate (HDI) และ 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl diisocyanate (Todi) ที่เลือกสำหรับประสิทธิภาพหรือความต้องการการประมวลผลเฉพาะ
ตัวขยายโซ่ทั่วไปคือ diols น้ำหนักโมเลกุลต่ำเช่น ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol และ hydroquinone bis (2-hydroxyethyl) อีเธอร์ซึ่งช่วยสร้างกลุ่มที่แข็งและช่วยเสริมแรงทางกล
สารเติมแต่งอื่น ๆ
นอกเหนือจากส่วนประกอบหลักแล้ว TPUs มักจะมีสารเติมแต่งต่าง ๆ เพื่อปรับปรุงการประมวลผลและความมั่นคงในระยะยาว:
สารปลดปล่อยแม่พิมพ์โดยทั่วไปแล้วอนุพันธ์ของกรดไขมันซิลิโคนหรือฟลูออโรโพลีเมอร์จะถูกเพิ่มในปริมาณเล็กน้อย (0.1%–0.2%) เพื่อช่วยลดระดับ
Stabilizers: aromatic carbodiimides ถูกนำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน TPU ที่ใช้โพลีเอสเตอร์เพื่อลดการย่อยสลายไฮโดรไลติก (1% –2% โดยมวล) ฟีนอลและเอมีนขัดขวางช่วยต่อสู้กับการเกิดออกซิเดชันความร้อน
ความคงตัวของรังสียูวีเช่นอนุพันธ์ของเบนโซเทรีโซลหรือเบนโซฟีโนนมักจะถูกรวมเข้ากับ HALS (ขัดขวางความคงตัวของแสงเอมีน) เพื่อป้องกันสีเหลือง
ฟิลเลอร์: ฟิลเลอร์แร่เช่นแคลเซียมคาร์บอเนตแป้งและซิลิกาปรับปรุงความแข็งแกร่งหรือลดต้นทุน ฟิลเลอร์เสริมแรง ได้แก่ ไมกาเส้นใยแก้วและเส้นใยอินทรีย์
น้ำมันหล่อลื่นรวมถึงกราไฟท์, โมลิบดีนัมซัลไฟด์, ผง PTFE และน้ำมันซิลิโคนปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและลักษณะพื้นผิว
พลาสติกอาจถูกรวมเข้ากับความยืดหยุ่นในการปรับแต่งและพฤติกรรมการประมวลผลอย่างละเอียด
ระบบสูตรที่ยืดหยุ่นนี้เป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ TPU โดยการปรับเคมีและสูตรผู้ผลิตสามารถสร้างเกรด TPU ที่เหมาะสำหรับเกณฑ์ประสิทธิภาพเฉพาะตั้งแต่ฟิล์มอ่อนและยืดหยุ่นไปจนถึงชิ้นส่วนโครงสร้างที่เข้มงวด-ทั้งหมดในขณะที่รักษาความสามารถในการปรับแต่งเทอร์โมพลาสติก