El poliuretà termoplàstic (TPU) és una classe d’elastòmers de poliuretà sintetitzats a través d’una reacció de polimerització de creixement entre isocianats i compostos que contenen hidroxil. La reacció química fonamental es pot representar com:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
En aquesta reacció, el grup isocianat reacciona amb un grup hidroxil per formar un vincle d’uretan.
Normalment, la TPU es produeix mitjançant tres components principals:
Els poliolls de cadena llarga amb pesos moleculars mitjans oscil·len entre 600 i 4.000 (que formen els segments suaus);
Els extensors de la cadena, que són diols de baix pes molecular (MW ~ 61–400); i
Diisocianat, que actuen com a precursors del segment dur.
Les propietats finals de la TPU que rangen des de suaus i flexibles fins a rígides i alts modulus depenen en gran mesura de la selecció i la relació d’aquestes matèries primeres.
Materials de segments suaus
El segment suau aporta flexibilitat, elasticitat i controla el rendiment de la TPU a temperatures baixes, així com la seva resistència a dissolvents i meteorització. Aquests segments es fabriquen generalment a partir de polièsters o polieters amb hidroxil.
Els polièsters s’utilitzen amb més freqüència i inclouen materials com el poliadipat, la policaprolactona i els diols alifàtics de policarbonat.
Els polieters típics inclouen polipropilenglicol (PPG) i politetrametilè èter glicol (PTMEG). De vegades, s’utilitza una barreja de polièster i polièter poliolls per optimitzar el rendiment combinant resistència hidrolítica, força mecànica i elasticitat.
Materials de segment dur
El segment dur es forma a partir de diisocianats i diols de cadena curta. El diisocianat més utilitzat en la producció de TPU és el diisocianat de 4,4'-difenilmetà (MDI), conegut per la seva alta reactivitat i rigidesa. Altres diisocianats utilitzats inclouen hexametilè diisocianat (HDI) i 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil diisocianat (TODI), seleccionats per a necessitats específiques de rendiment o processament.
Els extensors de la cadena comuna són diols de baix pes molecular com ara etilenglicol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol i èter bis (2-hidroxietil), que ajuden a construir els segments durs i contribueixen al reforç mecànic.
Altres additius
A més dels components primaris, les TPU sovint inclouen diversos additius per millorar el processament i l'estabilitat a llarg termini:
Els agents d’alliberament de motlles, normalment derivats d’àcids grassos, silicones o fluoropolímers, s’afegeixen en petites quantitats (0,1%–0,2%) per ajudar a la demonesa.
Estabilitzadors: els carbodiimides aromàtics s’utilitzen especialment en les TPU basades en polièster per reduir la degradació hidrolítica (1% -2% per massa). Els fenols i les amines obstaculitzades ajuden a combatre l’oxidació tèrmica.
Els estabilitzadors UV, com els derivats de benzotriazol o benzofenona, sovint es combinen amb HALS (estabilitzadors de llum amina dificultats) per evitar el groc i la degradació de la llum del sol.
Els farcits: els farcits de minerals com el carbonat de calci, el talc i la sílice milloren la rigidesa o redueixen el cost. Els farcits de reforç inclouen Mica, fibres de vidre i fibres orgàniques.
Els lubricants, incloent grafit, disulfur de molibdè, pols PTFE i olis de silicona, milloren la resistència al desgast i les característiques de la superfície.
Els plastificants també es poden incorporar a la flexibilitat i al comportament de processament de la flexibilitat.
Aquest sistema de formulació flexible és un dels majors avantatges de la TPU. Ajustant la química i la formulació, els fabricants poden crear qualificacions TPU adaptades per a criteris de rendiment específics que es des de pel·lícules suaus i elàstiques fins a parts estructurals rígides, mantenint la reprocessabilitat termoplàstica.