TPU-Einführung

Thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, abgekürzt als TPU, auch bekannt als PU-Thermoplast, ist ein lineares Blockcopolymer, das aus einem Oligomer-Polyol-Weichsegment und einem Diisocyanat-Kettenverlängerer-Hartsegment besteht.

Das TPU-Molekül enthält -NH-COO-Gruppen, viele seiner Eigenschaften hängen von der Art der langkettigen Diole ab, seine Härte mit harten Segmenten, um das Verhältnis zur Anpassung seiner Lichtalterung anzupassen, kann zur Verbesserung des Lichtstabilisators hinzugefügt werden, sondern hängt auch davon ab, ob das Isocyanat aromatisch oder aliphatisch ist.

Unterschied zwischen aliphatisch und aromatisch

Aromatische Isocyanate werden dort eingesetzt, wo sie keine oxidative Verfärbung durch UV-Licht verursachen. Aus aromatischen Polyisocyanaten hergestellte Polyurethanbeschichtungen sind anfällig für Oxidation und zersetzen sich daher bei direkter Sonneneinstrahlung eher.

Im Gegensatz dazu werden aliphatische Isocyanate hauptsächlich zur Herstellung lichtstabilisierter Beschichtungen verwendet. Diese Produkte werden dort eingesetzt, wo unbedingt eine Stabilisierung gegenüber ultraviolettem Licht oder Sonnenlicht erforderlich ist, beispielsweise in Klarlacken für die Automobilindustrie und vielen Formulierungen auf Wasserbasis.

Aliphatische Isocyanate

Aliphatische Polyisocyanate verleihen Polyurethanbeschichtungen eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit und gute Alterungsbeständigkeit. Aufgrund der Abwesenheit von Phenylgruppen gewährleistet der Einsatz aliphatischer Isocyanate eine langanhaltende Haftung unter rauen Bedingungen.

Aromatische Isocyanate

Die Derivate dieser beiden Produktgruppen machen die Beschichtungen im Vergleich zu aliphatischen Derivaten weniger alterungsbeständig (Vergilbung) und weniger beständig gegen Chemikalien (insbesondere schlechtere Alkalibeständigkeit). Aromatische Polyisocyanate werden daher vor allem im Innenbereich (Bodenbeschichtungen, Tankbeschichtungen etc.) oder für Grundierungen eingesetzt. Auch Grundierungen werden im Automobilbereich immer seltener eingesetzt, da eine Vergilbung der Grundierung die Decklackfarbe beeinträchtigt und zum Ablösen der Zwischenschichten führt.

Aromatische Polyisocyanate werden in der Regel nicht primär in Beschichtungen eingesetzt. Beispielsweise werden 80 % der TDI-Produkte zur Herstellung von Weichschaum verwendet, während 65 % der MDI-Produkte zur Herstellung von Hartschaum verwendet werden.

Unterschiedezwischen Polyether-TPU und Polyester-TPU

Der weiche Teil von TPU kann eine Vielzahl von Polyalkoholen verwenden, die grob in Polyether- und Polyestersysteme eingeteilt werden können.

Polyethertyp (Ether): hohe Festigkeit, Hydrolysebeständigkeit und hohe Elastizität, gute Leistung bei niedrigen Temperaturen.

Polyestertyp (Ester): bessere Zugeigenschaften, Biegeeigenschaften, Verschleißfestigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit sowie Beständigkeit gegen höhere Temperaturen.

Unterschiede in der Weichheit der Materialeigenschaften sind wie folgt.

Zugfestigkeit – Polyester Polyether
Reißfestigkeit – Polyester Polyether
Abriebfestigkeit – Polyester Polyether
Chemische Beständigkeit – Polyester Polyether
Feuchtigkeitsverdunstung – Polyester
Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur – Polyester

Transparenz – Polyester Polyether
Bakterienresistenz – Polyester

Sechs Unterschiede

1. Herstellung von Rohstoffen und Rezepturunterschiede

(1) Die Rohstoffe für die Herstellung von TPU vom Polyethertyp sind hauptsächlich 4-4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Polytetrahydrofuran (PTMEG) und 1,4-Butandiol (BDO), wovon der MDI-Anteil etwa 40 beträgt %, PTMEG macht etwa 40 %, BDO etwa 20 % aus.

(2) Die Rohstoffe für die TPU-Produktion vom Polyestertyp sind hauptsächlich 4-4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1,4-Butandiol (BDO) und Adipinsäure (AA), wobei der Anteil an MDI etwa 40 % beträgt. , AA macht etwa 35 % aus, BDO etwa 25 %.

2. Verteilung und Einfluss der Molekülmasse

Die relative Molekularmassenverteilung von Polyether folgt der Poissonschen Zufallsgleichung und die relative Molekularmassenverteilung ist enger; während die relative Molekularmassenverteilung von Polyesterdiol der Zufallsverteilung von Flory folgt und die relative Molekularmassenverteilung breiter ist.

Das Molekulargewicht des Weichsegments hat Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Polyurethan. Unter der Annahme, dass das Molekulargewicht von Polyurethan gleich ist, nimmt im Allgemeinen die Festigkeit von Polyurethan mit der Zunahme des Molekulargewichts von Polyesterdiol zu, wenn sein weiches Segment Polyester ist; Die Festigkeit von Polyurethan nimmt mit zunehmendem Molekulargewicht von Polyetherdiol ab, wenn sein Weichsegment Polyether ist, obwohl die Dehnungsrate zunimmt. Dies liegt daran, dass das weiche Segment des Polyestertyps selbst polarer ist, das Molekulargewicht groß ist und die Struktur eine hohe Regelmäßigkeit aufweist, um die Festigkeit zu verbessern, während das weiche Segment des Polyethers weniger polar ist, wenn das Molekulargewicht zunimmt , der relative Gehalt des Hartsegments von Polyurethan nimmt ab, die Stärke des Rückgangs.

3. Vergleich der mechanischen Eigenschaften

Polyether, Polyester und andere oligomere Polyole bilden die Weichsegmente. Weichsegmente machen den größten Teil des Polyurethans aus und die Eigenschaften von Polyurethanen, die aus verschiedenen Oligomerpolyolen und Diisocyanaten hergestellt werden, variieren. Polares Polyester als weiches Segment des Polyurethan-Elastomers und Schaum erhält dadurch bessere mechanische Eigenschaften. Da Polyester aus Polyurethan mit polaren Estergruppen hergestellt wird, kann diese Art von Polyurethan nicht nur im Inneren des harten Abschnitts eine Wasserstoffbindung bilden, sondern der weiche Abschnitt der polaren Gruppe kann auch Teil des harten Abschnitts der polaren Gruppe sein, um Wasserstoff zu bilden Bindung, so dass die harte Phase gleichmäßiger in der weichen Phase verteilt werden kann, um die Rolle des Vernetzungspunkts zu spielen. Bei Raumtemperatur können bestimmte Polyester weiche Segmente bilden, die kristallisieren und die Leistung des Polyurethans beeinträchtigen. Polyurethane vom Polyester-Typ haben eine höhere Festigkeit, Ölbeständigkeit und thermooxidative Stabilität als PPG-Polyether-Typen, weisen jedoch eine schlechtere Hydrolysebeständigkeit als Polyether-Typen auf.

4. Vergleich der Hydrolysestabilität

Die Hydrolysebeständigkeit von TPU vom Polyesterestertyp wird nach dem Schutz mit Carbodiimid verbessert. TPU vom Polyetherestertyp und TPU vom Polyethertyp weisen die beste Hydrolysebeständigkeit bei hohen Temperaturen auf.

Polyester neigen dazu, durch Wassermoleküle zu brechen, und die durch Hydrolyse erzeugte Säure katalysiert die weitere Hydrolyse des Polyesters. Die Art des Polyesters hat einen gewissen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und die Wasserbeständigkeit von Elastomeren. Mit zunehmender Anzahl an Methylengruppen im Polyesterdiol-Rohstoff steigt die Wasserbeständigkeit der hergestellten Polyurethan-Elastomere auf Polyesterbasis. Auch die Wasserbeständigkeit ist bei geringerem Estergruppengehalt besser. Ebenso ist die Wasserbeständigkeit von Polyurethanelastomeren, die aus mit langkettigen zweibasischen Säuren synthetisierten Polyestern hergestellt werden, besser als die von Polyurethanen auf Polyesterbasis mit kurzkettigen zweibasischen Säuren.

5. Vergleich der mikrobiellen Resistenz

Weiche TPUs vom Polyestertyp können bei längerem Kontakt mit feuchtem Boden von Mikroorganismen angegriffen werden, wohingegen weiche oder starre TPUs vom Polyethertyp sowie TPUs vom Polyethertyp oder starre TPUs normalerweise nicht von Mikroorganismen angegriffen werden.

6. Preisvergleich

Polyether-Polyurethan-Elastomere sind viel teurer als Polyester-Polyurethan-Elastomere, hauptsächlich aus folgenden Gründen:

(1) Polyether-Polyurethan-Elastomere haben eine gute Hydrolysebeständigkeit, Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen und Biegefestigkeit.

â¡ Die Zusammensetzung des TPU-Weichteils aus Polyetherpolyolen und Polyesterpolyolen im Vergleich zur Herstellung von Rohstoffen, der Preis ist höher.

(iii) Der Herstellungsprozess von Polyetherpolyol ist viel komplizierter als der von Polyesterpolyol.

(4) Es ist schwierig, die Prozessbedingungen im Reaktionsprozess von Polyetherpolyolen zu kontrollieren.

⤠Bei der Herstellung von Polyetherpolyolen sind die Anforderungen an die Produktionsanlagen höher, gleichzeitig sollte auf bestimmte Schutzmaßnahmen im Produktionsprozess geachtet werden.

Differenzialer Vergleich von Prozessen

1. Trocknen

Wie wir wissen, ist Polyurethan ein polares Polymer und nimmt an der Luft langsam Feuchtigkeit auf. Bei der Schmelzverarbeitung von feuchtigkeitsabsorbierenden TPU-Pellets kommt es bei der Verarbeitungstemperatur zur Verdampfung von Wasser, wodurch die Produktoberfläche nicht glatt wird und die inneren Blasen und physikalischen Eigenschaften verringert werden, um so die Leistung des Produkts sicherzustellen und die dadurch verursachten Blasen zu verhindern Die Verdampfung von Wasser während der Schmelzverarbeitung vor der TPU-Verarbeitung erfordert im Allgemeinen das Trocknen der Pellets.

Wir haben die hydrolytische Stabilität von TPU-Estern und -Ether im vorherigen Vergleich analysiert, da der Polyester anfällig für Wassermoleküle und Brüche ist und die Hydrolyse der erzeugten Säure die weitere Hydrolyse von Polyester katalysieren kann, normalerweise unter den gleichen Bedingungen von Polyester Der Wassergehalt von TPU ist viel höher als der von Polyether-TPU. Seien Sie daher beim Trocknungsprozess bei Polyester-TPU besonders vorsichtig, achten Sie auf eine gründliche Trocknung und kontrollieren Sie die Trocknungsbedingungen streng. Die Trocknungsbedingungen sollten streng kontrolliert werden,

2. Druckstufe

Beim Spritzgießen der Polymerschmelze sollte die Schmelze unabhängig davon, ob es sich um die Vorformungsphase oder die Einspritzphase handelt, einem inneren statischen Druck und einem äußeren dynamischen Druck der gemeinsamen Wirkung ausgesetzt sein. In der Haltedruckstufe wird die Polymerschmelze einem hohen Druck ausgesetzt. Unter diesem Druck wird das freie Volumen zwischen den Molekülkettensegmenten komprimiert, was auf die Verringerung des freien Volumens zwischen den Molekülketten und die Nähe großer Molekülkettensegmente zurückzuführen ist Da die intermolekularen Kräfte die Leistung der Viskosität erhöhen, ist außerdem die Kohäsionsenergie der Ether-TPU-Ether-Bindung geringer, die Rotationsbarrieren der Bindung sind klein, was zu einer Verbesserung der Molekülkette der kompakten Kettensegmente führt die Rolle des kleineren, Daher ist die relative Verschiebung der Molekülkette bei der Kompression größer, sodass sich die Viskositätsleistung in einem weiten Bereich ändern kann. Darüber hinaus ist die Molekülkette von Polyether-TPU im Vergleich zu Polyester-TPU viel glatter, so dass es schwieriger ist, sich dauerhaft zu verformen, sodass im Polyether-TPU-Verarbeitungsprozess der Druck im Vergleich zu Polyester-TPU länger aufrechterhalten werden kann Haltezeit.

3. Bearbeitungszeit

Wie im Allgemeinen erhöht sich das Molekulargewicht, so dass sich das Molekülkettensegment verlängert. Je langsamer der Schwerpunkt der Molekülkette ist, desto langsamer ist die relative Verschiebung zwischen den Kettensegmenten, desto mehr Möglichkeiten gibt es, die molekulare Flexibilität der langen Kette zu erhöhen , die Zunahme der Verschränkungspunkte, die Kette der Dissoziations- und Rutschschwierigkeiten, so dass der Widerstand des Fließprozesses zunimmt und der Bedarf an Zeit und Energie zunimmt, was die Viskosität der Scherempfindlichkeit zeigt. Normalerweise ist Polyester-TPU größer als die Molekularmasse von Polyether-TPU, sodass die für seine Verarbeitung und Formung erforderliche Zeit länger ist.

4. Verarbeitungstemperatur

Da Polyester-TPU im Vergleich zu Polyether-TPU in der Regel eine breitere Molekularmassenverteilung aufweist, ist die Verarbeitungstemperatur höher. Da die Stickstoff-Sauerstoff-Bindung von Polyether-TPU leichter zu brechen ist, ist für die Verarbeitung eine relativ niedrige Temperatur erforderlich.

5. Druck

Da Polyester-TPU über eine große molekulare Kohäsionsenergie verfügt, ist die Stickstoff-Sauerstoff-Bindung in seiner Molekülstruktur auch schwer zu brechen, sodass seine Verarbeitung hohe Temperaturen und hohen Druck erfordert, um die molekulare Bindung aufzubrechen.

6. Kühlung

Da Polyester-TPU eine große innere Reibung und einen großen molekularen Zusammenhalt aufweist, ist es schwierig, es abzukühlen, selbst wenn es in seinen normalen Zustand zurückkehrt, sodass es eine längere Abkühlzeit benötigt.

7. Fließfähigkeit

Aufgrund der Kohäsionsenergie der Polyether-TPU-Etherbindung ist die Rotationsbarriere der Bindung geringer, mit zunehmender relativer Molekülmasse des Polyethers wird die Kette flexibler und ihre Molekülkette weist einen hohen Grad an Flexibilität, daher zeigt es eine gute Beweglichkeit, während das Polyester-TPU etwas schlechter ist.

Xiamen LFT Composite Plastic Co., Ltd.

Xiamen LFT Composite Plastic Co.,LTD wurde 2009 gegründet und ist ein weltweit bekannter Markenlieferant von langfaserverstärkten thermoplastischen Materialien, der Produktforschung und -entwicklung (F&E), Produktion und Vertriebsmarketing integriert. Unsere LFT-Produkte haben die Systemzertifizierung ISO9001 und 16949 bestanden und viele nationale Marken und Patente erhalten, die die Bereiche Automobil, Militärteile und Schusswaffen, Luft- und Raumfahrt, neue Energie, medizinische Ausrüstung, Windenergie, Sportausrüstung usw. abdecken.