Sintesis, pemrosesan, kinerja dan aplikasi bahan TPU

TPU (poliuretan termoplastik)adalah jenis poliuretan yang dapat diplastiskan dengan pemanasan dan dapat dilarutkan dengan pelarut. Dibandingkan dengan poliuretan jenis campuran dan jenis pengecoran, poliuretan termoplastik tidak memiliki atau sedikit ikatan silang kimia dalam struktur kimianya, dan molekulnya pada dasarnya linier, tetapi ada sejumlah pertukaran fisik.
Konsep yang disebut pertukaran fisik, pertama kali diusulkan oleh Schollenberger CS pada tahun 1958, mengacu pada keberadaan "titik koneksi" reversibel antara rantai molekul poliuretan linier saat terkena panas atau pelarut. Ini sebenarnya bukan ikatan silang kimia. Namun, ia bertindak sebagai ikatan silang kimia. Sebagai hasil dari ikatan silang fisik ini, poliuretan membentuk teori struktur morfologi heterogen, dan ikatan hidrogen poliuretan memperkuat morfologinya dan membuatnya tahan terhadap kelembaban yang lebih tinggi.

Apa klasifikasi TPU

Setelah kita mengetahui apa itu TPU, apa saja klasifikasinya? Menurut berbagai standar klasifikasi, TPU dapat memiliki banyak klasifikasi yang berbeda.

Misalnya, menurut struktur segmen lunak, dapat dibagi menjadi tipe poliester, tipe polieter dan tipe butadiena, yang masing-masing mengandung gugus ester, gugus eter atau gugus butena. Menurut struktur segmen keras, dapat dibagi menjadi tipe uretan dan tipe uretan urea, yang masing-masing diperoleh dari pemanjang rantai diol atau pemanjang rantai diamina. Pembagian umum dibagi menjadi tipe poliester dan tipe polieter.
Berdasarkan ada atau tidaknya ikatan silang, dapat dibagi menjadi termoplastik murni dan semi-termoplastik. Yang pertama adalah struktur linier murni tanpa ikatan silang; yang terakhir mengandung sejumlah kecil alofanat dan ikatan silang lainnya. Berdasarkan penggunaan produk jadi, dapat dibagi menjadi bagian berbentuk khusus (berbagai bagian mekanis), pipa (selubung, profil batang), film (lembaran, lembaran), perekat, pelapis, dan serat.

Bagaimana TPU disintesis

Meskipun ada banyak klasifikasi TPU, semuanya termasuk poliuretan dalam hal struktur molekul. Jadi, bagaimana TPU terbentuk? Menurut berbagai proses sintesis, TPU terutama dibagi menjadi polimerisasi massal dan polimerisasi larutan.

Dalam polimerisasi massal, dapat dibagi menjadi metode pra-polimerisasi dan metode satu langkah berdasarkan ada tidaknya pra-reaksi: metode pra-polimerisasi adalah mereaksikan diisosianat dengan diol makromolekul selama jangka waktu tertentu, kemudian menambahkan perpanjangan rantai untuk menghasilkan TPU; Diol molekuler, diisoester, dan pemanjang rantai secara bersamaan dicampur dan direaksikan untuk membentuk TPU.
Polimerisasi larutan adalah melarutkan diisosianat dalam pelarut terlebih dahulu, kemudian menambahkan diol makromolekul agar bereaksi selama jangka waktu tertentu, dan terakhir menambahkan pemanjang rantai untuk menghasilkan TPU.
Jenis segmen lunak, berat molekul, segmen keras atau kandungan segmen lunak dan keadaan agregasi TPU akan memengaruhi kepadatan TPU. Kepadatannya antara 1.10 dan 1.25, yang tidak jauh berbeda dari karet dan plastik lainnya. Pada kekerasan yang sama, kepadatan TPU polieter lebih rendah daripada kepadatan TPU poliester.

Bagaimana TPU diproses

Resin TPU perlu diproses untuk membuat produk jadi, dan TPU terutama diproses dengan metode peleburan dan metode larutan. Struktur molekulnya adalah blok kaku yang diperoleh dengan mereaksikan difenilmetana diisosianat (MDI) atau toluena diisosianat (TDI) dengan pemanjang rantai dan diisosianat seperti difenilmetana diisosianat (MDI) atau toluena diisosianat (TDI). Molekul dan poliol makromolekul bereaksi untuk membentuk segmen fleksibel secara bergantian.

Pengolahan lebur merupakan suatu proses yang umum digunakan dalam industri plastik, seperti pencampuran, kalenderisasi, ekstrusi, blow molding, dan pencetakan (termasuk injeksi, kompresi, transfer, dan sentrifugasi, dsb. Pengolahan larutan merupakan pelarutan pelet dalam pelarut atau polimerisasi langsung dalam pelarut. Setelah larutan dibuat, dilakukan pelapisan, pemintalan, dsb.
TPU dibuat menjadi produk akhir, yang umumnya tidak memerlukan vulkanisasi dan reaksi ikatan silang, yang dapat memperpendek siklus produksi, dan bahan limbah dapat didaur ulang dan digunakan kembali.

kinerja TPU

Seperti poliuretan cor (cair) dan poliuretan campuran (padat), TPU memiliki modulus tinggi, kekuatan tinggi, perpanjangan tinggi dan elastisitas tinggi, ketahanan aus yang sangat baik, ketahanan terhadap minyak, ketahanan terhadap suhu rendah dan ketahanan terhadap penuaan. Di antara semuanya, kekuatan tarik tinggi, perpanjangan tinggi, dan set kompresi jangka panjang yang rendah merupakan semua keunggulan signifikan TPU.

1. Kekuatan tarik tinggi dan perpanjangan tinggi
TPU memiliki kekuatan tarik dan perpanjangan yang sangat baik. Dari data pada gambar di bawah, kita dapat melihat bahwa kekuatan tarik dan perpanjangan TPU polieter jauh lebih baik daripada plastik polivinil klorida dan karet.

Selain itu, TPU dapat memenuhi persyaratan industri makanan tanpa menambahkan atau menambahkan sedikit aditif dalam proses pengolahannya, yang sulit dilakukan untuk bahan lain seperti PVC dan karet.

2. Ketahanan sangat sensitif terhadap suhu
Ketahanan TPU mengacu pada tingkat pemulihan cepat ke bentuk aslinya setelah tegangan deformasi dilepaskan, yang dinyatakan dengan energi pemulihan, yaitu rasio kerja retraksi deformasi terhadap kerja yang diperlukan untuk deformasi. Ini adalah fungsi dari modulus dinamis dan gesekan internal elastomer dan sangat sensitif terhadap suhu.

Springback berkurang seiring dengan penurunan suhu, hingga suhu tertentu, elastisitas meningkat lagi dengan cepat. Suhu ini adalah suhu kristalisasi segmen lunak, yang bergantung pada struktur diol makromolekul, dan TPU polieter lebih rendah daripada TPU poliester. Pada suhu di bawah suhu kristalisasi, elastomer menjadi sangat keras dan kehilangan elastisitasnya, oleh karena itu, rebound mirip dengan rebounding dari permukaan logam keras.

3. Kisaran kekerasannya adalah Shore A60~D80
Kekerasan merupakan indikator kemampuan suatu material untuk menahan deformasi, goresan, dan torehan.
Kekerasan TPU dapat disesuaikan dengan menyesuaikan rasio segmen rantai lunak dan keras. Oleh karena itu, TPU memiliki rentang kekerasan yang relatif luas. Kekerasannya berkisar dari Shore A60 hingga D80, mencakup kekerasan karet dan plastik, dan memiliki rentang kekerasan yang luas di seluruh rentang kekerasan. Elastisitas tinggi.
Dengan perubahan kekerasan, beberapa sifat TPU akan berubah. Misalnya, jika kekerasan TPU ditingkatkan, akan ada perubahan kinerja seperti peningkatan modulus tarik dan kekuatan sobek, peningkatan kekakuan dan tegangan tekan (kapasitas beban), penurunan perpanjangan, peningkatan kepadatan dan pembangkitan panas dinamis, dan peningkatan ketahanan lingkungan.

Bidang aplikasi TPU

TPU pertama kali berhasil dikomersialkan oleh American Goodrich Chemical Company (sekarang Lubrizol) pada tahun 1958, dan sejak itu telah diteliti dan diperluas di seluruh dunia. Saat ini, produsen bahan baku TPU terutama meliputi BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical, dan sebagainya.
Sebagai elastomer dengan kinerja yang sangat baik, TPU memiliki berbagai macam produk hilir dan banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, peralatan olahraga, mainan, bahan dekoratif, dan bidang lainnya. Berikut ini beberapa contohnya.
1. Bahan sepatu
TPU digunakan dalam bahan sepatu terutama karena elastisitasnya yang sangat baik dan ketahanan ausnya. Produk alas kaki yang mengandung TPU jauh lebih unggul dalam hal kenyamanan pemakaian dibandingkan produk alas kaki biasa, sehingga banyak digunakan dalam produk alas kaki kelas atas, terutama beberapa sepatu olahraga dan sepatu kasual.


2. Selang
Karena selang TPU memiliki kelembutan, kekuatan tarik yang baik, kekuatan benturan dan ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah, selang TPU banyak digunakan di China untuk transportasi gas dan minyak dari pesawat terbang, tank, mobil, sepeda motor, peralatan mesin, dan selang peralatan mekanis lainnya.



3. Kabel
TPU memberikan ketahanan sobek, ketahanan aus, dan karakteristik tekukan, serta ketahanan suhu tinggi dan rendah merupakan kunci kinerja kabel. Oleh karena itu, di pasar Tiongkok, TPU untuk kabel kelas atas, seperti kabel kontrol dan kabel daya, digunakan untuk melindungi bahan pelapis kabel dengan desain yang rumit, dan penggunaannya semakin luas.



4. Peralatan medis
TPU merupakan alternatif PVC yang aman, stabil, dan berkualitas tinggi. TPU tidak mengandung zat kimia berbahaya seperti ftalat, dan tidak akan berpindah ke darah atau cairan lain dalam kateter medis atau kantong medis sehingga menimbulkan efek samping. TPU kelas ekstrusi dan kelas injeksi dapat digunakan dengan mudah dengan sedikit penyesuaian pada peralatan PVC yang ada.