Термопластичный полиуретан (ТПУ)¶

Термопластичный полиуретан (ТПУ) — класс термопластичных эластомеров на основе полиуретана, получаемых поликонденсацией полиолов (полиэфиров, поликарбонатов или полиэфир-поликарбонатов) с диизоцианатами (чаще всего 4,4'-дифенилметандиизоцианатом, МДИ) и низкомолекулярными цепеудлинителями (бутандиол, 1,4-бутандиол). Материал сочетает эластичность резины с прочностью и износостойкостью пластмасс, перерабатывается методами, характерными для термопластов (литьё под давлением, экструзия), и при этом обладает рядом свойств, недоступных обычным вулканизированным каучукам.

¶Свойства

ТПУ занимает промежуточное положение между пластмассами и эластомерами. Основные характеристики:

• Диапазон твёрдости — от 60 Shore A до 85 Shore D (в пересчёте на шкалу Шора). Мягкие марки напоминают силикон, жёсткие — по свойствам близки к нейлону.
• Прочность на разрыв — обычно 25–70 МПа, что существенно выше большинства вулканизированных резин.
• Относительное удлинение при разрыве — 300–700 %.
• Износостойкость — в десятки раз превышает износостойкость натурального каучука и большинства синтетических резин; по этому показателю ТПУ уступает лишь специальным полиуретановым эластомерам, вулканизуемым в присутствии катализаторов.
• Морозостойкость — до −60 °C у полиэфирных марок; поликарбонатные марки дополнительно устойчивы к гидролизу и биоразложению.
• Температура эксплуатации — обычно от −40 до +80 °C (некоторые марки — до +120 °C).
• Химическая стойкость — хорошая сопротивляемость маслам, топливам, озону, истиранию; низкая устойчивость к кислотам, щелочам и растворителям.

¶Структура и классификация

ТПУ относится к сегментированным полимерам. Макромолекула состоит из «мягких» сегментов (полиол) и «жёстких» сегментов (диизоцианат + цепеудлинитель). Благодаря микроскопическому разделению фаз жёсткие сегменты образуют физические сшитые узлы, работающие как вулканизационные точки, но разрушающиеся при нагреве — это и обеспечивает термопластичность.

По химическому строению мягких сегментов различают:

По форме выпуска ТПУ поставляется в виде гранул (для литья и экструзии), в растворителях (клеи, покрытия) и в виде водных дисперсий (для безвоздушного напыления и каландрирования).

¶Производство

Основной мировой объём ТПУ производится из МДИ и 1,4-бутандиола. Крупнейшие производители — BASF, Covestro (бывш. Bayer MaterialScience), Huntsman, Dow, LANXESS, а также китайские компании (Covestro Shanghai, Wanhua Chemical). В России ТПУ выпускают «Казаньоргсинтез» (входит в «Сибур»), «Нижнекамскнефтехим» и «Метафракс»; объёмы производства значительно меньше мировых, поэтому значительная часть материала импортируется.

¶Применение

ТПУ применяется в широком спектре отраслей:

• Обувная промежуточная подошва — одно из старейших применений; материал гасит ударные нагрузки и не мнётся.
• Автомобильная промышленность — пыльники шрусов, шланги, уплотнения, детали салона, защитные плёнки кузова (PPF-плёнки).
• Электроника и кабельная продукция — оболочки кабелей, чехлы устройств, прозрачные защитные плёнки экранов.
• Медицинские изделия — катетеры, воздуховоды, эластичные бинты.
• Спортивные товары — подошвы обуви, амортизирующие вставки, надувные лодки, гидрокостюмы.
• Промышленные детали — ролики, покрытия валов, втулки, работающие без смазки.
• Порошковые покрытия — ТПУ-краски для металла, устойчивые к истиранию и УФ-излучению.

¶Отличие от вулканизируемых полиуретанов

Вулканизируемые полиуретановые эластомеры (каучуки, отверждаемые при нагреве с помощью аминов или пероксидов) формируют химические (ковалентные) связи и после отверждения не плавятся. Их прочность и термостойкость выше, но переработка сложнее и дороже. ТПУ, напротив, многократно перерабатывается, но ограничивается более низкими рабочими температурами.

Источники:

• Гафуров А. Н., Одинцова Т. А. «Полиуретаны: свойства, структура, переработка»
• Пшеничный Н. П. и др. «Полиуретаны в России и на постсоветском пространстве»
• Официальные технические каталоги Covestro, BASF, Huntsman
• Справочник «Пластмассы на основе полиуретанов» (под ред. Б. Б. Троицкого)