เทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์ คืออะไร?

เทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์ คืออะไร?

โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์เป็นวัสดุสังเคราะห์โพลียูรีเทนหลากหลายชนิด (พันธุ์อื่น ๆ หมายถึงโฟมโพลียูรีเทน, กาวโพลียูรีเทน, การเคลือบโพลียูรีเทนและเส้นใยโพลียูรีเทน) และเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์เป็นหนึ่งในสามประเภทของโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ คนทั่วไปเรียกมันว่า TPU ( โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์หลักอีกสองประเภทคือ โพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์แบบหล่อ ย่อว่า CPU และโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ผสม ย่อว่า MPU)

TPU เป็นโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ชนิดหนึ่งที่สามารถขึ้นรูปเป็นพลาสติกได้โดยการให้ความร้อนและละลายด้วยตัวทำละลายเมื่อเปรียบเทียบกับ CPU และ MPU แล้ว TPU มีการเชื่อมโยงข้ามทางเคมีเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยในโครงสร้างทางเคมีสายโซ่โมเลกุลโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นเส้นตรง แต่มีการเชื่อมโยงข้ามทางกายภาพจำนวนหนึ่งนี่คือเทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์ที่มีโครงสร้างโดดเด่นมาก

โครงสร้างและการจำแนกประเภทของ TPU

เทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์เป็นโพลีเมอร์เชิงเส้นแบบบล็อก (AB)A หมายถึงโพลีออลโพลีออล (เอสเทอร์หรือโพลีเอเทอร์ น้ำหนักโมเลกุล 1,000~6,000) ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เรียกว่าโซ่ยาวB หมายถึงไดออลที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนสายตรง 2-12 อะตอม เรียกว่าสายโซ่สั้น

ในโครงสร้างของเทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน อีลาสโตเมอร์ ส่วน A เรียกว่า ส่วนอ่อน ซึ่งมีลักษณะความยืดหยุ่นและความนุ่มนวล ทำให้ TPU มีความสามารถในการยืดตัวได้สายโซ่ยูรีเทนที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างส่วน B และไอโซไซยาเนตเรียกว่าส่วนที่แข็ง ซึ่งมีทั้งคุณสมบัติแข็งและแข็งด้วยการปรับอัตราส่วนของกลุ่ม A และ B ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ TPU ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่แตกต่างกัน

ตามโครงสร้างส่วนที่อ่อนนุ่ม สามารถแบ่งออกเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์ ประเภทโพลีเอเทอร์ และประเภทบิวทาไดอีน ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มเอสเทอร์ กลุ่มอีเทอร์ หรือกลุ่มบิวทีนตามลำดับตามโครงสร้างส่วนที่แข็ง สามารถแบ่งออกเป็นประเภทยูรีเทนและประเภทยูเรียยูเรีย ซึ่งได้มาจากตัวขยายสายโซ่เอทิลีนไกลคอลหรือตัวขยายสายโซ่ไดเอมีนตามลำดับการจำแนกประเภททั่วไปแบ่งออกเป็นประเภทโพลีเอสเตอร์และประเภทโพลีเอเทอร์

วัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์ TPU คืออะไร?

(1) โพลีเมอร์ไดออล

ไดออลโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 500 ถึง 4000 และหมู่สองฟังก์ชันซึ่งมีปริมาณ 50% ถึง 80% ในอีลาสโตเมอร์ TPU มีบทบาทสำคัญในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของ TPU

โพลีเมอร์ไดออลที่เหมาะสำหรับยาง TPU สามารถแบ่งออกเป็นโพลีเอสเตอร์และโพลีอีเทอร์: โพลีเอสเตอร์ประกอบด้วย polytetramethylene Adipic acid glycol (PBA) ε PCL, PHC;โพลีอีเทอร์ประกอบด้วยโพลีออกซีโพรพิลีนอีเทอร์ไกลคอล (PPG), โพลีเอเทอร์ไกลคอลเตตระไฮโดรฟูแรน (PTMG) เป็นต้น

(2) ไดไอโซไซยาเนต

น้ำหนักโมเลกุลมีขนาดเล็กแต่มีฟังก์ชันที่โดดเด่น ซึ่งไม่เพียงแต่มีบทบาทในการเชื่อมต่อส่วนที่อ่อนและส่วนที่แข็งเท่านั้น แต่ยังทำให้ TPU มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่ดีต่างๆไดไอโซไซยาเนตที่ใช้กับ TPU ได้แก่: เมทิลีน ไดฟีนิล ไดไอโซไซยาเนต (MDI), เมทิลีน บิส (-4-ไซโคลเฮกซิล ไอโซไซยาเนต) (HMDI), พี-ฟีนิลไดไอโซไซยาเนต (PPDI), 1,5-แนฟทาลีน ไดไอโซไซยาเนต (NDI), พี-ฟีนิลไดเมทิล ไดไอโซไซยาเนต ( PXDI) ฯลฯ

(3) ส่วนต่อขยายโซ่

ตัวขยายโซ่ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 100 ~ 350 ซึ่งเป็นของไดออลโมเลกุลขนาดเล็ก น้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก โครงสร้างโซ่เปิดและไม่มีกลุ่มองค์ประกอบย่อย เอื้อต่อการได้รับความแข็งสูงและน้ำหนักสเกลาร์สูงของ TPUสารขยายสายโซ่ที่เหมาะสมสำหรับ TPU รวมถึง 1,4-บิวเทนไดออล (BDO), 1,4-บิส (2-ไฮดรอกซีเอทอกซี) เบนซีน (HQEE), 1,4-ไซโคลเฮกซาเนดิมทานอล (CHDM), p-ฟีนิลไดเมทิลไกลคอล (PXG) เป็นต้น

การปรับเปลี่ยนการประยุกต์ใช้ TPU เป็นตัวแทนการแข็งตัว

เพื่อลดต้นทุนผลิตภัณฑ์และได้รับประสิทธิภาพเพิ่มเติม โพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์สามารถใช้เป็นสารเพิ่มความแกร่งที่ใช้กันทั่วไปในการทำให้วัสดุเทอร์โมพลาสติกและยางดัดแปลงต่างๆ แข็งตัวได้

เนื่องจากมีขั้วสูง โพลียูรีเทนจึงสามารถเข้ากันได้กับโพลาร์เรซินหรือยาง เช่น คลอรีนโพลิเอทิลีน (CPE) ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ได้การผสมด้วย ABS สามารถทดแทนเทอร์โมพลาสติกทางวิศวกรรมสำหรับการใช้งานได้เมื่อใช้ร่วมกับโพลีคาร์บอเนต (PC) จะมีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ทนน้ำมัน ทนน้ำมันเชื้อเพลิง และทนแรงกระแทก และสามารถนำไปใช้สร้างตัวถังรถได้เมื่อรวมกับโพลีเอสเตอร์ จะสามารถปรับปรุงความเหนียวได้นอกจากนี้ยังสามารถเข้ากันได้กับ PVC, Polyoxymethylene หรือ PVDC ได้เป็นอย่างดีโพลียูรีเทนโพลีเอสเตอร์สามารถเข้ากันได้ดีกับยางไนไตรล์ 15% หรือยางไนไตรล์ 40%/ส่วนผสม PVC;โพลียูรีเทนโพลียูรีเทนสามารถเข้ากันได้ดีกับกาวผสมยางไนไตรล์/โพลีไวนิลคลอไรด์ 40%นอกจากนี้ยังสามารถเข้ากันได้กับโคโพลีเมอร์อะคริโลไนไตรล์สไตรีน (SAN) อีกด้วยมันสามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายแทรกซึม (IPN) ด้วยโพลีไซลอกเซนที่ทำปฏิกิริยาได้กาวผสมที่กล่าวมาข้างต้นส่วนใหญ่ได้รับการผลิตอย่างเป็นทางการแล้ว

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยเพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการทำให้ POM แข็งแกร่งขึ้นด้วย TPU ในประเทศจีนการผสม TPU และ POM ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและคุณสมบัติทางกลของ TPU เท่านั้น แต่ยังทำให้ POM แข็งแกร่งขึ้นอย่างมากอีกด้วยนักวิจัยบางคนได้แสดงให้เห็นว่าในการทดสอบการแตกหักของแรงดึง เมื่อเปรียบเทียบกับเมทริกซ์ POM โลหะผสม POM กับ TPU ได้เปลี่ยนจากการแตกหักแบบเปราะเป็นการแตกหักแบบยืดหยุ่นการเพิ่ม TPU ยังช่วยให้ POM มีประสิทธิภาพหน่วยความจำรูปร่างอีกด้วยบริเวณผลึกของ POM ทำหน้าที่เป็นเฟสคงที่ของโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่าง ในขณะที่บริเวณอสัณฐานของ TPU และ POM ที่ไม่เป็นรูปสัณฐานทำหน้าที่เป็นเฟสที่ผันกลับได้เมื่ออุณหภูมิตอบสนองการฟื้นตัวคือ 165 ℃ และเวลาในการฟื้นตัวคือ 120 วินาที อัตราการฟื้นตัวของโลหะผสมจะสูงกว่า 95% และผลการฟื้นตัวจะดีที่สุด

TPU เข้ากันได้ยากกับวัสดุโพลีเมอร์ที่ไม่มีขั้ว เช่น โพลีเอทิลีน โพลีโพรพีลีน ยางเอทิลีนโพรพิลีน ยางบิวทาไดอีน ยางไอโซพรีน หรือผงยางเสีย และไม่สามารถใช้ในการผลิตคอมโพสิตที่มีประสิทธิภาพดีได้ดังนั้นวิธีการรักษาพื้นผิว เช่น พลาสมา, โคโรนา, เคมีเปียก, ไพรเมอร์, เปลวไฟ หรือก๊าซปฏิกิริยา จึงมักใช้สำหรับวิธีหลังตัวอย่างเช่น บริษัท American Air Products and Chemicals ได้ทำการบำบัดพื้นผิวก๊าซแอคทีฟ F2/O2 บนผงละเอียดโพลีเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงพิเศษที่มีน้ำหนักโมเลกุล 3-5 ล้าน และเติมลงในโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ในอัตราส่วน 10 % ซึ่งสามารถปรับปรุงโมดูลัสแรงดัดงอ ความต้านทานแรงดึง และความต้านทานการสึกหรอได้อย่างมีนัยสำคัญและการบำบัดพื้นผิวแก๊สแอคทีฟ F2/O2 ยังสามารถนำไปใช้กับเส้นใยสั้นที่ยืดออกในทิศทางที่มีความยาว 6-35 มม. ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งและความเหนียวของการฉีกขาดของวัสดุคอมโพสิตได้

TPU มีขอบเขตการใช้งานอะไรบ้าง?

ในปี พ.ศ. 2501 บริษัท Goodrich Chemical (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น Lubrizol) ได้จดทะเบียนแบรนด์ TPU Estane เป็นครั้งแรกตลอด 40 ปีที่ผ่านมา มีแบรนด์สินค้ามากกว่า 20 แบรนด์ทั่วโลก และแต่ละแบรนด์ก็มีผลิตภัณฑ์หลายชุดปัจจุบันผู้ผลิตวัตถุดิบ TPU หลักในโลก ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman Corporation, McKinsey, Golding เป็นต้น

เนื่องจากเป็นอีลาสโตเมอร์ที่ดีเยี่ยม TPU มีผลิตภัณฑ์ปลายน้ำหลายประเภท ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในสิ่งของจำเป็นในชีวิตประจำวัน อุปกรณ์กีฬา ของเล่น วัสดุตกแต่ง และสาขาอื่นๆด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างบางส่วน

1 วัสดุรองเท้า

TPU ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับวัสดุรองเท้าเนื่องจากมีความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยมและทนต่อการสึกหรอผลิตภัณฑ์รองเท้าที่มี TPU สวมใส่สบายกว่าผลิตภัณฑ์รองเท้าทั่วไปมาก ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์รองเท้าระดับไฮเอนด์ โดยเฉพาะรองเท้ากีฬาและรองเท้าลำลองบางประเภท

② ท่อ

เนื่องจากความนุ่มนวล แรงดึงที่ดี แรงกระแทก และความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ท่อ TPU จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศจีนเป็นท่อก๊าซและน้ำมันสำหรับอุปกรณ์เครื่องจักรกล เช่น เครื่องบิน รถถัง รถยนต์ รถจักรยานยนต์ และเครื่องมือกล

3. สายเคเบิล

TPU ให้ความต้านทานการฉีกขาด ความต้านทานการสึกหรอ และการดัดงอ โดยความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำเป็นกุญแจสำคัญในประสิทธิภาพของสายเคเบิลดังนั้นในตลาดจีน สายเคเบิลขั้นสูง เช่น สายเคเบิลควบคุมและสายไฟ จึงใช้ TPU เพื่อปกป้องวัสดุเคลือบของการออกแบบสายเคเบิลที่ซับซ้อน และการใช้งานของสายเคเบิลเหล่านี้ก็เริ่มแพร่หลายมากขึ้น

④ อุปกรณ์การแพทย์

TPU เป็นวัสดุทดแทน PVC ที่ปลอดภัย เสถียร และมีคุณภาพสูง ซึ่งไม่มีสารพาทาเลทและสารเคมีอันตรายอื่นๆ และจะซึมเข้าสู่กระแสเลือดหรือของเหลวอื่นๆ ในสายสวนทางการแพทย์หรือถุงทางการแพทย์เพื่อทำให้เกิดผลข้างเคียงนอกจากนี้ เกรดการอัดขึ้นรูปและเกรดการฉีดที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ TPU ยังสามารถใช้งานได้ง่ายด้วยการดีบักเล็กน้อยในอุปกรณ์ PVC ที่มีอยู่

⑤ ยานพาหนะและวิธีการขนส่งอื่น ๆ

โดยการอัดรีดและเคลือบผ้าไนลอนทั้งสองด้านด้วยโพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ สามารถสร้างแพโจมตีแบบพองได้และแพลาดตระเวนที่บรรทุกคนได้ 3-15 คน โดยมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าแพพองยางวัลคาไนซ์มากโพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้วสามารถนำมาใช้สร้างส่วนประกอบต่างๆ ของตัวรถได้ เช่น ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปทั้งสองด้านของตัวรถ เปลือกประตู กันชน แถบกันการเสียดสี และกระจังหน้า