熱可塑性ポリウレタン

2024年3月20日

熱可塑性ポリウレタン(TPUの) は、ポリウレタンプラスチックス with many properties, including 弾性, 透明性, and resistance to oil, grease, and abrasion. Technically, they are 熱可塑性エラストマー consisting of linear segmented ブロック共重合体 composed of hard and soft segments.

化学[編集]

TPUは、(1)の反応により形成される硬質セグメントまたはドメインの交互配列からなるブロック共重合体ですジイソシアネート with short-chain ジオール (so-called chain extenders) and (2) diisocyanates with long-chain ジオール. By varying the ratio, structure and/or molecular weight of the reaction compounds, an enormous variety of different TPU can be produced. This allows urethane chemists to fine-tune the polymer's structure to the desired final properties of the material.

形態学[編集]

TPU樹脂は、ブロック構造の線状高分子鎖で構成されています。このようなチェーンには、極性 segments which are rather long (called soft segments), alternating with shorter, high polarity segments (called hard segments). Both types of segments are linked by covalent links so that they actually form block-copolymers. The miscibility of the hard and soft segments in TPU depends on the differences in their glass transition temperature (Tg)^[1]これは、マイクロブラウン分節運動の開始時に発生し、動的機械的スペクトルによって識別されます。非混和性TPUの場合、損失弾性率スペクトルは通常、2つのピークを示し、それぞれが1つのコンポーネントのTgに割り当てられます。2つの成分が混和性の場合、TPUは、純粋な成分の2つの元のTgピークの位置の間にある1つの広いピークによって特徴付けられます。

硬いピースの極性は、それらの間に強い引力を生み出し、それがこのフェーズで高度な凝集と秩序を引き起こし、形成します結晶 or pseudo crystalline areas located in a soft and flexible matrix. This so-called phase separation between both blocks can be more or less important, depending on the polarity and the molecular weight of the flexible chain, the production conditions, etc. The crystalline or pseudo crystalline areas act as physical クロスリンク, which account for the high elasticity level of TPU, whereas the flexible chains will impart the elongation characteristics to the polymer.

しかし、これらの「疑似架橋」は熱の影響で消え、したがって古典的な押し出し, 射出成形, and カレンダー processing methods are applicable to these materials. Consequently, TPU scrap can be reprocessed.

用途[編集]

TPUには、自動車のインストルメントパネル、キャスターホイール、電動工具、スポーツ用品、医療機器、ドライブベルト、履物、インフレータブルラフト、消防ホース、さまざまな押出フィルム、シート、プロファイルの用途など、多くの用途があります。^[2]^[3]TPUは、携帯電話やキーボードプロテクターなどのデバイスの柔軟な外装ケースにも見られる人気のある素材です。^[4]

TPUは、ワイヤーやケーブルのジャケット、ホースやチューブ、接着剤や繊維コーティングの用途、他のポリマーの衝撃改質剤としての用途でよく知られています。^[5]また、次のような高機能フィルムにも使用されています耐衝撃性ガラス structures.

TPUは、で使用される熱可塑性エラストマーです。溶融フィラメント堆積 (FFD) 3D printing. The absence of warping and lack of need for primer makes it an ideal filament for 3D printers when objects need to be flexible and elastic. Since TPU is a thermoplastic, it can be melted by the 3D printer's hotend, printed, then cooled into an elastic solid. TPU powders are also used for other 3D printing processes, such as 選択的レーザー焼結 (SLS) and 3Dインクジェット印刷. It is also used in large vertical injection or extrusion moulding machines to print directly without the intermediate step of filament extrusion or powder preparation.

市場に出回っているTPUの概要[編集]

市販のTPUの特性は次のとおりです。

高い耐摩耗性
低温性能
高いせん断強度
高い弾力性
透明性
耐油性、耐グリース性

現在利用可能なTPUは、ソフトセグメントの化学的性質に基づいて、主に2つのグループに分けることができます。

ポリエステルベースのTPU(主にアジピン酸エステル)
ポリエーテルベースのTPU(主にテトラヒドロフラン (THF) エーテル).

これら 2 つのグループの違いを次の表に示します。

プロパティのテーブル[編集]

表1:ポリエステルベースとポリエーテルベースのTPUの主な違い。^[6]

(A = 非常に優れています。B =良い;C =許容できる;D =貧しい;F = 非常に悪い)

財産	ポリエステルベースのTPU	ポリエーテルベースのTPU
耐摩耗性	ある	ある
機械的特性	ある	B
低温柔軟性	B	ある
ヒートエージング	B	D
耐加水分解性	D	ある
耐薬品性	ある	C
微生物耐性	D	ある
接着強度	B	D
注入性	B	B

TPUは、低温および/または耐摩耗性で柔軟性がある場合に正しい選択ですTPEの is requested. Polyether-based TPU in cases where additional excellent 加水分解 and microbial resistance is required, as well as in cases where extreme low-temperature flexibility is important. Ester-based TPU in cases the oil and greases resistance is more relevant.

安定した明るい色と非黄変性能が必要な場合、脂肪族 TPU based on aliphatic イソシアネート is used.

BASFは、液体クロスリンカーを添加するか、固体顆粒添加剤を使用することで可能になった、TPU形質転換における架橋を先駆的に行ってきましたマスターバッチ. Plant-based bio TPU has been developed for green 熱可塑性エラストマー applications by BASF, Merquinsa-Lubrizol and GRECO, marketed as Elastollan N, Pearlthane ECO and Isothane respectively.