פוליאוריטן תרמופלסטי (TPU) הוא סוג של אלסטומרים פוליאוריטן המסונתזים באמצעות תגובת פילמור צמיחה צעד בין איזוציאנאטים לתרכובות המכילות הידרוקסיל. ניתן לייצג את התגובה הכימית הבסיסית כ:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
בתגובה זו, קבוצת האיזוציאנאט מגיבה עם קבוצת הידרוקסיל ליצירת הצמדה של אופתן.
בדרך כלל, TPU מיוצר באמצעות שלושה רכיבים עיקריים:
פוליולים ארוכי שרשרת עם משקולות מולקולריות ממוצעות שנעות בין 600 ל 4000 (המהווים את הקטעים הרכים);
מרחיבי שרשרת, שהם דיול משקל מולקולרי נמוך (MW ~ 61–400); וכן
Diisocyanates, המשמשים כמבשרי הקטע הקשים.
המאפיינים הסופיים של TPU הנמצאים בין רך וגמיש ועד נוקשה ומודולוס תלוי במידה רבה על הבחירה והיחס של חומרי גלם אלה.
חומרי קטע רכים
הקטע הרך תורם גמישות, גמישות ושליטה על ביצועי ה- TPU בטמפרטורות נמוכות, כמו גם את התנגדותו לממסים ולבליה. מקטעים אלה מיוצרים בדרך כלל מפוליסטרים או פוליסטרים המופעלים על ידי הידרוקסיל.
פוליאסטרים משמשים יותר וכוללים חומרים כמו פוליאדיפאט, פוליקפרולקטון, ודיול פוליקרבונט אליפטי.
פוליאתרים אופייניים כוללים פוליפרופילן גליקול (PPG) ו- Polytetramethylene Ether Glycol (PTMEG). לעיתים, תערובת של פוליאסטר ופוליתר משמשת למיטוב הביצועים על ידי שילוב עמידות הידרוליטית, חוזק מכני וגמישות.
חומרי קטע קשים
הקטע הקשה נוצר מ- Diisocyanates ו- Diols עם שרשרת קצרה. ה- Diisocyanate הנפוץ ביותר בייצור TPU הוא 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), הידוע בתגובתיות הגבוהה והקשיחות שלו. דיסוציאנאטים אחרים המשמשים כוללים הקסאמתילן דייסוצינט (HDI) ו- 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl diisocyanate (TODI), שנבחרו לצרכי ביצועים או עיבוד ספציפיים.
מאריכי שרשרת נפוצים הם דיול משקל מולקולרי נמוך כמו אתילן גליקול, 1,4-בוטנדיול, 1,6-הקסנדיול, ו- BIS הידרוקינון (2-הידרוקסיאתיל), המסייעים בבניית הקטעים הקשים ותורמים לחיזוק מכני.
תוספים אחרים
בנוסף לרכיבים העיקריים, TPUs כוללים לעתים קרובות תוספים שונים לשיפור העיבוד ויציבות לטווח הארוך:
סוכני שחרור עובש, בדרך כלל נגזרות של חומצות שומן, סיליקונים או פלואורופולימרים, מתווספות בכמויות קטנות (0.1%–0.2%) כדי לסייע בהסרה.
מייצבים: קרבודיימידים ארומטיים משמשים במיוחד ב- TPU מבוסס פוליאסטר להפחתת השפלה הידרוליטית (1% –2% לפי מסה). פנולים ואמינים מוגדרים עוזרים להילחם בחמצון תרמי.
מייצבי UV, כמו נגזרות בנזוטריאזול או בנזופנון, משולבים לרוב עם HALS (מייצבי אור אמין מפריעים) כדי למנוע את ההצהבה והשפלות מאור השמש.
חומרי מילוי: חומרי מילוי מינרלים כמו סידן קרבונט, טלק וסיליקה משפרים קשיחות או מפחיתים את העלות. חומרי מילוי חיזוק כוללים נציץ, סיבי זכוכית וסיבים אורגניים.
חומרי סיכה, כולל גרפיט, מוליבדן דיסולפיד, אבקות PTFE ושמנים סיליקון, משפרים את עמידות השחיקה ומאפייני פני השטח.
ניתן לשלב פלסטייזרים גם בכוונון גמישות והתנהגות עיבוד.
מערכת ניסוח גמישה זו היא אחד היתרונות הגדולים ביותר של TPU. על ידי התאמת הכימיה והניסוח, היצרנים יכולים ליצור ציוני TPU המותאמים לקריטריונים ספציפיים לביצועים, החל מסרטים רכים ואלסטיים ועד חלקים מבניים נוקשים-תוך שמירה על יכולת העתקה מחדש תרמופלסטית.