El poliuretano termoplástico (TPU) es una clase de elastómeros de poliuretano sintetizados a través de una reacción de polimerización de crecimiento de pasos entre isocianatos y compuestos que contienen hidroxilo. La reacción química fundamental se puede representar como:
RN=C=o + r'-oh ⇌ r-nh-co-o '
En esta reacción, el grupo de isocianato reacciona con un grupo hidroxilo para formar un enlace de uretano.
Por lo general, la TPU se produce utilizando tres componentes principales:
Los polioles de cadena larga con pesos moleculares promedio que van desde 600 a 4000 (que forman los segmentos blandos);
Extensores de cadena, que son dioles de bajo peso molecular (MW ~ 61–400); y
Diisocianatos, que actúan como los precursores de segmento duro.
Las propiedades finales de la TPU que van desde suaves y flexibles hasta rígidos y altos modelos dependen en gran medida de la selección y la relación de estas materias primas.
Materiales de segmento suave
El segmento suave contribuye con flexibilidad, elasticidad y controla el rendimiento de TPU a bajas temperaturas, así como su resistencia a los solventes y la meteorización. Estos segmentos generalmente están hechos de poliésteres o poliéters terminados en hidroxilo.
Los poliésteres se usan más comúnmente e incluyen materiales como poliadipato, policaprolactona y dioles de policarbonato alifático.
Los poliéteres típicos incluyen polipropilenglicol (PPG) y glicol de éter de politetrametileno (PTMEG). A veces, se utiliza una mezcla de poliéster y poliéter polioles para optimizar el rendimiento combinando resistencia hidrolítica, resistencia mecánica y elasticidad.
Materiales de segmento duro
El segmento duro se forma a partir de diisocianatos y dioles de cadena corta. El diisocianato más utilizado en la producción de TPU es el diisocianato de 4,4'-difenilmetano (MDI), conocido por su alta reactividad y rigidez. Otros diisocianatos utilizados incluyen diisocianato de hexametileno (HDI) y diisocianato de 3,3'-dimetil-4,4'-bifenil (TODI), seleccionado para necesidades específicas de rendimiento o procesamiento.
Los extensores de cadena comunes son dioles de bajo peso molecular, como el etilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol y el bis de hidroquinona (2-hidroxietil) éter, que ayudan a desarrollar los segmentos duros y contribuyen al refuerzo mecánico.
Otros aditivos
Además de los componentes primarios, las TPU a menudo incluyen varios aditivos para mejorar el procesamiento y la estabilidad a largo plazo:
Los agentes de liberación de moho, típicamente derivados de ácidos grasos, siliconas o fluoropolímeros, se agregan en pequeñas cantidades (0.1%–0.2%) para ayudar a la demolda.
Estabilizadores: las carbodiimidas aromáticas se usan particularmente en las TPU basadas en poliéster para reducir la degradación hidrolítica (1% a 2% en masa). Los fenoles y las aminas obstaculizados ayudan a combatir la oxidación térmica.
Los estabilizadores UV, como los derivados de benzotriazol o benzofenona, a menudo se combinan con HALS (estabilizadores de luz amina obstinados) para evitar el amarillamiento y la degradación de la luz solar.
Rellenos: los rellenos minerales como el carbonato de calcio, el talco y la sílice mejoran la rigidez o reducen el costo. Los rellenos de refuerzo incluyen mica, fibras de vidrio y fibras orgánicas.
Los lubricantes, que incluyen grafito, disulfuro de molibdeno, polvos PTFE y aceites de silicona, mejoran la resistencia al desgaste y las características de la superficie.
Los plastificantes también se pueden incorporar para ajustar la flexibilidad y el comportamiento de procesamiento.
Este sistema de formulación flexible es una de las mayores ventajas de TPU. Al ajustar la química y la formulación, los fabricantes pueden crear calificaciones de TPU adaptadas para criterios de rendimiento específicos que van desde películas suaves y elásticas hasta piezas estructurales rígidas, mientras mantienen la reprocesabilidad termoplástica.