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.

TPU-Molekül enthält – NH-COO-Gruppen, viele seiner Eigenschaften hängen von der Art der langkettigen Diole ab, seine Härte mit Hartsegmenten, um das Verhältnis zur Einstellung seiner Lichtalterung einzustellen, kann zur Verbesserung des Lichtstabilisators zugesetzt werden, hängt aber auch vom Isocyanat ab aromatisch oder aliphatisch.

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 eher unter direkter Sonneneinstrahlung.

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 sorgen für Polyurethanbeschichtungen mit ausgezeichneter Chemikalienbeständigkeit und guter 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. Sogar Grundierungen werden im Automobilbereich immer seltener verwendet, da die Vergilbung der Grundierung die Farbe des Decklacks beeinträchtigt und zum Ablösen der Zwischenschichten führt.

Aromatische Polyisocyanate werden im Allgemeinen nicht hauptsächlich in Beschichtungen verwendet. 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 Belastbarkeit, gute Leistung bei niedrigen Temperaturen.

Polyestertyp (Ester): bessere Zugeigenschaften, bessere Biegeeigenschaften, Verschleißfestigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber höheren 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 < Polyether
Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen – Polyester < Polyether

Transparenz – Polyester > Polyether
Bakterienresistenz – Polyester < Polyether

Sechs Unterschiede

1. Herstellung von Rohstoffen und Formulierungsunterschiede

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

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

2. Verteilung und Einfluss der Molekülmasse

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

Das Molekulargewicht des weichen Segments hat einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften aus 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 sind anfällig für den Bruch durch Wassermoleküle, 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 Polyurethan-Elastomeren, 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

Weich-TPUs vom Polyester-Typ können bei längerem Kontakt mit feuchtem Boden von Mikroorganismen angegriffen werden, wohingegen weiche oder starre TPUs vom Polyether-Typ sowie TPUs vom Polyether-Typ oder starre TPUs werden in der Regel nicht von Mikroorganismen angegriffen.

6. Preisvergleich

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

(1) Polyether-Polyurethan-Elastomere haben eine gute Hydrolysebeständigkeit, niedrige Temperaturbeständigkeit, Biegefestigkeit.

② 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.< /span>

⑤ Bei der Herstellung von Polyetherpolyolen sind die Anforderungen an die Produktionsanlagen höher, gleichzeitig sollte auf bestimmte Schutzmaßnahmen im Produktionsprozess geachtet werden.

Differenzieller Vergleich von Prozessen

1. Trocknen

Wie wir wissen, ist Polyurethan ein polares Polymer und nimmt an der Luft langsam Feuchtigkeit auf. Bei der Verarbeitung von feuchtigkeitsabsorbierenden TPU-Pellets durch Schmelzverarbeitungsformung verdampft Wasser bei der Verarbeitungstemperatur, 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 muss im Allgemeinen zum Trocknen der Pellets führen.

Wir haben im vorherigen TPU-Vergleich die hydrolytische Stabilität von Estern und Ethern analysiert, da der Polyester anfällig ist zu Wassermolekülen und Bruch, und die Hydrolyse der erzeugten Säure kann die weitere Hydrolyse von Polyester katalysieren. Normalerweise ist der Wassergehalt von Polyester-TPU unter den gleichen Bedingungen viel höher als der von Polyether-TPU, daher ist beim Trocknungsprozess bei Polyester-TPU besondere Vorsicht geboten Achten Sie auf eine gründliche Trocknung und kontrollieren Sie die Trocknungsbedingungen streng. Die Trocknungsbedingungen sollten streng kontrolliert werden,

2. Druckstufe

Polymerschmelze beim Spritzgießen, egal ob Vorformstufe oder Einspritzstufe, die Schmelze sollte 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 führt Die Rolle der kompakten Kettensegmente ist kleiner, daher ist die relative Verschiebung der Molekülkette bei 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 bietet die molekulare Flexibilität der Länge Kettenzunahme, die Zunahme der Verschränkungspunkte, die Kette der Dissoziations- und Rutschschwierigkeiten, so dass der Widerstand des Strömungsprozesses 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, daher dauert die Verarbeitung und Formung länger.

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 eine große molekulare Kohäsionsenergie hat, ist die Stickstoff-Sauerstoff-Bindung in seiner Molekülstruktur auch schwer zu brechen, sodass seine Verarbeitung hohe Temperaturen und Druck erfordert, um die molekulare Bindung aufzubrechen.< /span>Aufgrund der Kohäsionsenergie der Polyether-TPU-Etherbindung ist die Bindung geringer, die Rotationsbarrieren der Bindung sind kleiner, mit der Zunahme der relativen Molekülmasse des Polyethers wird die Kette flexibler Die Molekülkette weist ein hohes Maß an Flexibilität auf und zeigt daher eine gute Beweglichkeit, während das Polyester-TPU etwas schlechter ist.7. FließfähigkeitDa 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.

6. Kühlung

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 integriert. Entwicklung (F&E), Produktion und Vertriebsmarketing. 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 Geräte, Windenergie, Sportausrüstung usw. abdecken.