O poliuretano termoplástico (TPU) é uma classe de elastômeros de poliuretano sintetizados através de uma reação de polimerização de etapas entre isocianatos e compostos contendo hidroxil. A reação química fundamental pode ser representada como:
Rn=c=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-or '
Nesta reação, o grupo isocianato reage com um grupo hidroxila para formar uma ligação de uretano.
Normalmente, a TPU é produzida usando três componentes principais:
Os polióis de cadeia longa com pesos moleculares médios variando de 600 a 4000 (que formam os segmentos macios);
Extensores de cadeia, que são dióis de baixo peso molecular (MW ~ 61-400); e
Diisocianatos, que atuam como precursores do segmento duro.
As propriedades finais da TPU varia de macio e flexível a rígida e dependente de alto-módulo, em grande parte na seleção e na proporção dessas matérias-primas.
Materiais de segmento suave
O segmento suave contribui com flexibilidade, elasticidade e controla o desempenho da TPU a baixas temperaturas, bem como sua resistência a solventes e intemperismo. Esses segmentos são geralmente feitos de poliésteres ou poliéters terminados em hidroxila.
Os poliésteres são mais comumente usados e incluem materiais como policarbonato policarbonato de policarbonato.
Os poliethers típicos incluem polipropileno glicol (PPG) e glicol éter de politetrametileno (PTMEG). Às vezes, uma mistura de poliéster e poliéter polióis é usada para otimizar o desempenho, combinando resistência hidrolítica, força mecânica e elasticidade.
Materiais de segmento duro
O segmento duro é formado a partir de diisocianatos e dióis de cadeia curta. O diisocianato mais utilizado na produção de TPU é o diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI), conhecido por sua alta reatividade e rigidez. Outros diisocianatos utilizados incluem diisocianato de hexametileno (IDH) e 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil diisocianato (TODI), selecionado para necessidades específicas de desempenho ou processamento.
Os extensores da cadeia comum são dióis de baixo peso molecular, como etileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol e bis hidroquinona (2-hidroxietil) éter, que ajudam a construir os segmentos rígidos e contribuir com a reforço mecânica.
Outros aditivos
Além dos componentes primários, as TPUs geralmente incluem vários aditivos para aprimorar o processamento e a estabilidade a longo prazo:
Agentes de liberação de moldes, tipicamente derivados de ácidos graxos, silicones ou fluoropolímeros, são adicionados em pequenas quantidades (0,1%a 0,2%) para ajudar a Demolding.
Estabilizadores: Carbodiimidas aromáticas são usadas particularmente em TPUs à base de poliéster para reduzir a degradação hidrolítica (1% a 2% em massa). Os fenóis e aminas impedidos ajudam a combater a oxidação térmica.
Os estabilizadores de UV, como derivados de benzotriazol ou benzofenona, são frequentemente combinados com HALs (estabilizadores de luz de amina prejudicados) para impedir que o amarelecimento e a degradação da luz solar.
Preenchimentos: preenchimentos minerais como carbonato de cálcio, talco e sílica melhoram a rigidez ou reduzem o custo. Os preenchimentos de reforço incluem mica, fibras de vidro e fibras orgânicas.
Lubrificantes, incluindo grafite, dissulfeto de molibdênio, pós de PTFE e óleos de silicone, melhoram a resistência ao desgaste e as características da superfície.
Os plastificantes também podem ser incorporados ao comportamento de flexibilidade e processamento ajustado.
Esse sistema de formulação flexível é uma das maiores vantagens da TPU. Ao ajustar a química e a formulação, os fabricantes podem criar graus de TPU adaptados para critérios de desempenho específicos que variam de filmes macios e elásticos a peças estruturais rígidas-mantendo a reprocessabilidade termoplástica.