Termoplastický polyuretan (TPU) je třída polyuretanových elastomerů syntetizovaných polymerační reakcí mezi krokem růstu mezi isokyanáty a hydroxylovými sloučeninami. Základní chemická reakce může být reprezentována jako:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
V této reakci skupina isokyanátu reaguje s hydroxylovou skupinou za vzniku urethanové vazby.
Obvykle se TPU vyrábí pomocí tří hlavních komponent:
Polyoly s dlouhým řetězcem s průměrnou molekulovou hmotností v rozmezí 600 do 4000 (které tvoří měkké segmenty);
Řetězové prodloužení, které jsou dioly s nízkou molekulovou hmotností (MW ~ 61–400); a
Diisokyanáty, které působí jako prekurzory tvrdého segmentu.
Konečné vlastnosti TPU-rozsahu od měkkých a flexibilních po rigidní a vysoce modulus-v závislosti na výběru a poměru těchto surovin.
Měkké segmentové materiály
Měkký segment přispívá flexibilitou, elasticitou a řídí výkon TPU při nízkých teplotách, jakož i odolnost vůči rozpouštědům a zvětráváním. Tyto segmenty jsou obecně vyrobeny z hydroxylových polyesterů nebo polyeterů.
Polyestery se častěji používají a zahrnují materiály, jako je polyadipát, polykaprolakton a alifatické polykarbonátové dioly.
Mezi typické polyethery patří polypropylenonglykol (PPG) a polytetramethylentether glykol (PTMEG). Někdy se směs polyesterových a polyetherových polyolů používá k optimalizaci výkonu kombinací hydrolytické rezistence, mechanické pevnosti a elasticity.
Hard segmentové materiály
Tvrdý segment je tvořen diisokyanáty a dioly s krátkým řetězcem. Nejrozšířenějším diisokyanátem při produkci TPU je 4,4'-difenylmethan diisokyanát (MDI), známý pro svou vysokou reaktivitu a rigiditu. Mezi další použité diisokyanáty patří hexamethylen diisokyanát (HDI) a 3,3'-dimethyl-4,4'-bifenyl diisokyanát (TODI), vybraný pro specifické potřeby výkonu nebo zpracování.
Společné prodlužování řetězce jsou dioly s nízkou molekulovou hmotností, jako je ethylenglykol, 1,4-butandiol, 1,6-hexandiool a hydrochinon bis (2-hydroxyethyl) ether, které pomáhají budovat tvrdé segmenty a přispívat k mechanickému posilování.
Jiné přísady
Kromě primárních složek zahrnuje TPU často různé aditivy pro zvýšení zpracování a dlouhodobé stability:
Časovna uvolňování plísní, obvykle deriváty mastných kyselin, silikonů nebo fluoropolymerů, se přidávají v malých množstvích (0,1% - 0,2%), aby pomohly demolodu.
Stabilizátory: Aromatické karbodiimidy se používají zejména v TPU na bázi polyesteru ke snížení hydrolytické degradace (1%-2% hmotou). Banné fenoly a aminy pomáhají bojovat proti tepelné oxidaci.
UV stabilizátory, jako je benzotriazol nebo benzofenonové deriváty, jsou často kombinovány s HAL (bráněnými stabilizátory aminového světla), aby se zabránilo žloutnutí a degradaci slunečního světla.
Plniva: Minerální plniva, jako je uhličitan vápenatý, mastek a oxid křemičitý, zlepšují rigiditu nebo snižují náklady. Mezi výztužné výplně patří slída, skleněná vlákna a organická vlákna.
Maziva, včetně grafitu, disulfidu molybdenu, prášků PTFE a silikonových olejů, zlepšují odolnost proti opotřebení a povrchové vlastnosti.
Pastifikátory mohou být také začleněny pro jemné doladění flexibility a chování zpracování.
Tento flexibilní formulační systém je jednou z největších výhod TPU. Úpravou chemie a formulace mohou výrobci vytvářet známky TPU přizpůsobené pro specifická výkonnostní kritéria, která se rozvíjejí od měkkých a elastických filmů po přísné strukturální části-vše při zachování termoplastické přepracovatelnosti.