熱可塑性ポリウレタンエラストマーとは何ですか?
ポリウレタンエラストマーはさまざまなポリウレタン合成材料であり（他の種類はポリウレタンフォーム、ポリウレタン接着剤、ポリウレタンコーティング、ポリウレタン繊維を指します）、熱可塑性ポリウレタンエラストマーは3種類のポリウレタンエラストマーのうちの1つであり、人々は一般にそれをTPUと呼んでいます（他の 2 つの主要なタイプのポリウレタン エラストマーは、キャスト ポリウレタン エラストマー (CPU と略称) と混合ポリウレタン エラストマー (MPU と略称) です。
TPUは、加熱により可塑化し、溶剤により溶解するポリウレタンエラストマーの一種です。 CPU や MPU と比較して、TPU はその化学構造に化学架橋がほとんどまたはまったくありません。分子鎖は基本的に直線状ですが、ある程度の物理的架橋が存在します。非常に特徴的な構造を持つ熱可塑性ポリウレタンエラストマーです。
TPUの構造と分類
熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、(AB) ブロック線状ポリマーです。 Aは長鎖と呼ばれる高分子量のポリマーポリオール（エステルまたはポリエーテル、分子量1000～6000）を表します。 B は、短鎖と呼ばれる 2 ～ 12 個の直鎖炭素原子を含むジオールを表します。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーの構造において、セグメントAはソフトセグメントと呼ばれ、柔軟性と柔らかさの特性を持ち、TPUに伸長性を与えます。 Bセグメントとイソシアネートが反応して生成するウレタン鎖はハードセグメントと呼ばれ、剛直性と硬質性を併せ持っています。 AセグメントとBセグメントの比率を調整することで、異なる物理的および機械的特性を備えたTPU製品が製造されます。
ソフトセグメントの構造により、エステル基、エーテル基、ブテン基を含むポリエステル系、ポリエーテル系、ブタジエン系に分けられます。ハードセグメントの構造により、エチレングリコール鎖延長剤から得られるウレタンタイプとジアミン鎖延長剤から得られるウレタンウレアタイプに分けられます。一般的にはポリエステル系とポリエーテル系に分類されます。
TPU合成の原料は何ですか?
(1) ポリマージオール
分子量 500 ～ 4000 の高分子ジオールと二官能基を TPU エラストマー中に 50% ～ 80% 含有しており、TPU の物理的および化学的特性に決定的な役割を果たします。
TPU エラストマーに適したポリマー ジオールは、ポリエステルとポリエーテルに分類できます。ポリエステルには、ポリテトラメチレン アジピン酸グリコール (PBA) ε PCL、PHC が含まれます。ポリエーテルには、ポリオキシプロピレンエーテルグリコール（PPG）、テトラヒドロフランポリエーテルグリコール（PTMG）などが含まれます。
(2) ジイソシアネート
分子量は小さいものの機能に優れており、ソフトセグメントとハードセグメントを繋ぐ役割を果たすだけでなく、TPUに様々な優れた物理的・機械的特性を与えます。 TPU に適用できるジイソシアネートは、メチレンジフェニル ジイソシアネート (MDI)、メチレン ビス (-4-シクロヘキシル イソシアネート) (HMDI)、p-フェニルジイソシアネート (PPDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート (NDI)、p-フェニルジメチル ジイソシアネート ( PXDI）など
(3) チェーンエクステンダー
分子量 100 ～ 350 の鎖延長剤は、低分子量ジオールに属し、分子量が小さく、開鎖構造で置換基を持たないため、TPU の高硬度と高スカラー量を得るのに役立ちます。 TPU に適した鎖延長剤には、1,4-ブタンジオール (BDO)、1,4-ビス (2-ヒドロキシエトキシ) ベンゼン (HQEE)、1,4-シクロヘキサンジメタノール (CHDM)、p-フェニルジメチルグリコール (PXG) などが含まれます。
強化剤としてのTPUの改質応用
製品コストを削減し、さらなる性能を得るために、ポリウレタン熱可塑性エラストマーは、さまざまな熱可塑性および変性ゴム材料を強化するために一般的に使用される強化剤として使用できます。
ポリウレタンは極性が高いため、医療製品の製造に使用できる塩素化ポリエチレン (CPE) などの極性樹脂またはゴムと適合することができます。 ABS とブレンドすると、エンジニアリング熱可塑性プラスチックの代わりに使用できます。ポリカーボネート（PC）と組み合わせることで耐油性、耐燃料性、耐衝撃性などの特性を持ち、自動車のボディなどに使用されます。ポリエステルと組み合わせると靭性が向上します。さらに、PVC、ポリオキシメチレン、または PVDC との互換性も優れています。ポリエステルポリウレタンは、15% ニトリルゴムまたは 40% ニトリルゴム/PVC ブレンドとよく適合します。ポリエーテルポリウレタンは、40% ニトリルゴム/ポリ塩化ビニルブレンド接着剤ともよく適合します。また、アクリロニトリル・スチレン (SAN) コポリマーと共存することもできます。反応性ポリシロキサンと相互貫入ネットワーク (IPN) 構造を形成できます。上記のブレンド接着剤の大部分はすでに正式に生産されています。
近年、中国ではTPUによるPOMの高硬度化に関する研究が増えています。 TPU と POM のブレンドにより、TPU の高温耐性と機械的特性が向上するだけでなく、POM も大幅に強化されます。一部の研究者は、引張破壊試験において、POM マトリックスと比較して、TPU を含む POM 合金は脆性破壊から延性破壊に移行したことを示しています。 TPU の追加により、POM に形状記憶性能も与えられます。 POM の結晶領域は形状記憶合金の固定相として機能し、アモルファス TPU および POM の非晶質領域は可逆相として機能します。回復応答温度が 165 ℃、回復時間が 120 秒の場合、合金の回復率は 95% 以上に達し、回復効果は最高になります。
TPUは、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、廃ゴム粉末などの非極性ポリマー材料との相溶性が難しく、良好な性能の複合材料を製造するために使用することはできません。したがって、後者には、プラズマ、コロナ、湿式化学、プライマー、火炎、または反応性ガスなどの表面処理方法がよく使用されます。例えば、American Air Products and Chemicals Company では、分子量 300 ～ 500 万の超高分子量ポリエチレン微粉末に F2/O2 活性ガス表面処理を施し、ポリウレタンエラストマーに 10 の割合で添加しています。 ％を含有すると、曲げ弾性率、引張強さ、耐摩耗性が大幅に向上します。また、F2/O2 活性ガス表面処理は、長さ 6 ～ 35 mm の方向に伸長した短繊維にも適用でき、複合材料の剛性と引裂靭性を向上させることができます。
TPUの応用分野は何ですか?
1958 年、Goodrich Chemical Company (現在は Lubrizol に改名) が TPU ブランド Estane を初めて登録しました。過去 40 年にわたり、世界中で 20 以上のブランドが存在し、各ブランドにはいくつかの製品シリーズがあります。現在、世界の主な TPU 原材料メーカーは、BASF、Covestro、Lubrizol、Huntsman Corporation、McKinsey、Golding などです。
TPUは優れたエラストマーとして幅広い下流製品を有しており、日用品、スポーツ用品、玩具、装飾材料等の分野で幅広く使用されています。以下にいくつかの例を示します。
①靴の素材
TPUは弾力性と耐摩耗性に優れているため、主に靴の素材に使用されています。 TPU を含む履物製品は、通常の履物製品よりもはるかに履き心地が良いため、高級履物製品、特に一部のスポーツ シューズやカジュアル シューズに広く使用されています。
②ホース
TPUホースは、その柔らかさ、優れた引張強さ、衝撃強さ、高温および低温に対する耐性により、中国では航空機、戦車、自動車、オートバイ、工作機械などの機械設備用のガスおよびオイルホースとして広く使用されています。
③ケーブル
TPU は耐引裂性、耐摩耗性、曲げ特性を備え、高温および低温への耐性がケーブルの性能の鍵となります。そのため、中国市場では、制御ケーブルや電源ケーブルなどの高度なケーブルで、複雑なケーブル設計のコーティング材料を保護するために TPU が使用されており、その用途はますます広がっています。
④医療機器
TPU は、安全で安定した高品質の PVC 代替素材であり、フタル酸エステルやその他の有害な化学物質を含まず、医療用カテーテルや医療用バッグ内の血液やその他の液体に移行して副作用を引き起こす可能性はありません。さらに、特別に開発された押出グレードおよび射出グレードの TPU は、既存の PVC 装置で少しのデバッグだけで簡単に使用できます。
⑤ 車両等の交通手段
ナイロン生地の両面をポリウレタン熱可塑性エラストマーで押し出しコーティングすることにより、3 ～ 15 人乗りの膨張式戦闘攻撃いかだや偵察いかだを製造でき、加硫ゴム製膨張式いかだよりもはるかに優れた性能を発揮します。ガラス繊維で強化されたポリウレタン熱可塑性エラストマーは、自動車自体の両側の成形部品、ドア外板、バンパー、摩擦防止ストリップ、グリルなどの車体部品の製造に使用できます。
投稿時間: 2021 年 1 月 10 日