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、ポリウレタン合成材料の一種です（他の種類としては、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、ポリウレタン繊維などがあります）。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、ポリウレタンエラストマーの3つのタイプのうちの1つで、一般的にTPUと呼ばれています（他の2つの主要なポリウレタンエラストマーのタイプは、キャストポリウレタンエラストマー（CPUと略される）と混合ポリウレタンエラストマー（MPUと略される）です）。
TPUは、加熱によって可塑化され、溶剤に溶解するポリウレタンエラストマーの一種です。CPUやMPUと比較すると、TPUは化学構造中に化学架橋がほとんど、あるいは全くありません。分子鎖は基本的に直線状ですが、一定量の物理架橋が存在します。これは、構造的に非常に特徴的な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、高分子量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、長鎖と呼ばれます。Bは、2～12個の直鎖炭素原子を含むジオールを表し、短鎖と呼ばれます。
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、柔軟性と柔らかさという特性を持ち、TPUに伸長性をもたらします。セグメントBとイソシアネートの反応によって生成されるウレタン鎖はハードセグメントと呼ばれ、剛性と硬さの両方の特性を持ちます。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・機械的特性を持つTPU製品が製造されます。
軟質セグメント構造に基づくと、エステル基、エーテル基、またはブテン基をそれぞれ含むポリエステル型、ポリエーテル型、およびブタジエン型に分類できる。硬質セグメント構造に基づくと、エチレングリコール鎖延長剤またはジアミン鎖延長剤からそれぞれ得られるウレタン型およびウレタン尿素型に分類できる。一般的な分類は、ポリエステル型とポリエーテル型に分けられる。
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の範囲の二官能性基を有する高分子ジオールは、TPUエラストマー中に50～80%の含有量で存在し、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などが含まれます。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
分子量は小さいが、その機能は優れており、ソフトセグメントとハードセグメントを連結する役割を果たすだけでなく、TPUにさまざまな優れた物理的および機械的特性を付与します。TPUに適用可能な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）などです。
（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、低分子量、開鎖構造、置換基を持たないため、TPUの高硬度および高スカラー重量の実現に有利である。TPUに適した鎖延長剤としては、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）などが挙げられる。
TPUを強化剤として用いた改質応用
製品コストを削減し、性能を向上させるために、ポリウレタン熱可塑性エラストマーは、様々な熱可塑性ゴムや改質ゴム材料を強化するための一般的な強化剤として使用することができる。
ポリウレタンは極性が高いため、塩素化ポリエチレン（CPE）などの極性樹脂やゴムと相溶性があり、医療製品の製造に使用できます。ABSとブレンドすることで、エンジニアリング熱可塑性樹脂の代替として使用できます。ポリカーボネート（PC）と組み合わせると、耐油性、耐燃料性、耐衝撃性などの特性を持ち、自動車のボディの製造に使用できます。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と良好な相溶性があります。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ブレンドと良好な相溶性があります。ポリエーテルポリウレタンも、40%ニトリルゴム/ポリ塩化ビニルブレンド接着剤と良好な相溶性があります。また、アクリロニトリルスチレン（SAN）共重合体と共相溶性があります。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の強化に関する研究が増加している。TPUとPOMのブレンドは、TPUの耐熱性や機械的特性を向上させるだけでなく、POMの靭性も大幅に向上させる。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を添加したPOM合金は脆性破壊から延性破壊に変化することを示した。TPUの添加は、POMに形状記憶特性も付与する。POMの結晶領域は形状記憶合金の固定相として機能し、非晶質TPUとPOMの非晶質領域は可逆相として機能する。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%を超え、回復効果は最適となる。
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、優れた性能を持つ複合材料の製造には適していません。そのため、後者にはプラズマ、コロナ、湿式化学、プライマー、火炎、反応性ガスなどの表面処理法がよく用いられます。例えば、アメリカのエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社は、分子量300万～500万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%の割合で添加することで、曲げ弾性率、引張強度、耐摩耗性を大幅に向上させています。また、F2/O2活性ガス表面処理は、長さ6～35mmの方向性のある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、グッドリッチ・ケミカル・カンパニー（現ルブリゾール）は、TPUブランド「エスタン」を初めて登録しました。過去40年間で、世界中で20以上のブランド名が生まれ、各ブランドは複数の製品シリーズを展開しています。現在、世界の主要なTPU原料メーカーは、BASF、コベストロ、ルブリゾール、ハンツマン・コーポレーション、マッキンゼー、ゴールディングなどです。
優れたエラストマーであるTPUは、幅広い用途を持つ製品群を有しており、日用品、スポーツ用品、玩具、装飾材料など、様々な分野で広く利用されています。以下にいくつかの例を挙げます。
① 靴の素材
TPUは、その優れた弾性と耐摩耗性から、主に靴の素材として使用されています。TPUを使用した履物は、通常の履物よりも履き心地がはるかに優れているため、高級靴、特に一部のスポーツシューズやカジュアルシューズで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、優れた引張強度、耐衝撃性、そして高温・低温に対する耐性から、中国では航空機、タンク、自動車、オートバイ、工作機械などの機械設備用のガスホースやオイルホースとして広く使用されている。
③ ケーブル
TPUは、耐引裂性、耐摩耗性、耐曲げ性を備えており、ケーブル性能の鍵となるのは耐高温性および耐低温性です。そのため、中国市場では、制御ケーブルや電力ケーブルなどの高度なケーブルにおいて、複雑なケーブル設計の被覆材を保護するために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代替材料であり、フタル酸エステルなど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こともありません。さらに、特別に開発された押出成形グレードと射出成形グレードのTPUは、既存のPVC装置でわずかな調整を行うだけで容易に使用できます。
⑤ 車両およびその他の輸送手段
ナイロン生地の両面にポリウレタン熱可塑性エラストマーを押し出し成形してコーティングすることで、3～15人乗りの膨張式戦闘攻撃用いかだや偵察用いかだを製造でき、加硫ゴム製の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、自動車本体の両側の成形部品、ドアスキン、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。
投稿日時：2021年1月10日