poliuretano termoplástico

El poliuretano termoplástico ( TPU ) es un polímero de poliuretano termoplástico ; es decir, se vuelve flexible al calentarse y se endurece al enfriarse. Esto contrasta con la mayoría de los poliuretanos, que son termoestables y se endurecen irreversiblemente. Los poliuretanos termoplásticos (TPU) ofrecen una amplia gama de propiedades físicas y aplicaciones de procesamiento. Generalmente, son flexibles y elásticos, con buena resistencia al impacto, la abrasión y la intemperie. Además, permiten la coloración y la fabricación mediante diversas técnicas. Por lo tanto, la incorporación de TPU puede mejorar la durabilidad general de muchos productos.

Los poliuretanos termoplásticos poseen numerosas propiedades deseables, como elasticidad , transparencia y resistencia al aceite, la grasa y la abrasión. Técnicamente, son elastómeros termoplásticos , compuestos por copolímeros de bloques segmentados lineales formados por segmentos duros y blandos.

El TPU es un copolímero de bloques que consta de secuencias alternas de segmentos o dominios duros y blandos, formados por la reacción de (1) diisocianatos con dioles de cadena corta (extensores de cadena) y (2) diisocianatos con dioles de cadena larga . Al variar la proporción, la estructura y/o el peso molecular de los compuestos de reacción, se puede producir una enorme variedad de TPU diferentes. Esto permite a los químicos de uretano ajustar con precisión la estructura del polímero para obtener las propiedades finales deseadas del material.

Una resina TPU se compone de cadenas poliméricas lineales en estructuras de bloques. Dichas cadenas contienen segmentos de baja polaridad que son bastante largos (denominados segmentos blandos), alternados con segmentos más cortos de alta polaridad (denominados segmentos duros). Ambos tipos de segmentos están unidos por enlaces covalentes, formando así copolímeros de bloques. La miscibilidad de los segmentos duros y blandos en el TPU depende de las diferencias en su temperatura de transición vítrea (Tg) ^{[ 1 ]} , que se produce al inicio del movimiento segmentario micro-Browniano, identificable mediante espectros mecánicos dinámicos. Para un TPU inmiscible, el espectro del módulo de pérdida suele mostrar dos picos, cada uno de los cuales se asigna a la Tg de un componente. Si los dos componentes son miscibles, el TPU se caracterizará por un único pico ancho cuya posición se encuentra entre la de los dos picos Tg originales de los componentes puros.

La polaridad de las piezas rígidas genera una fuerte atracción entre ellas, lo que provoca un alto grado de agregación y orden en esta fase, formando áreas cristalinas o pseudocristalinas inmersas en una matriz blanda y flexible. Esta separación de fases entre ambos bloques puede variar en importancia, dependiendo de la polaridad y el peso molecular de la cadena flexible, las condiciones de producción, etc. Las áreas cristalinas o pseudocristalinas actúan como enlaces cruzados físicos , responsables de la alta elasticidad del TPU, mientras que las cadenas flexibles le confieren al polímero sus características de elongación.

Sin embargo, estos "pseudoenlaces cruzados" desaparecen bajo el efecto del calor, por lo que los métodos clásicos de extrusión , moldeo por inyección y calandrado son aplicables a estos materiales. En consecuencia, los residuos de TPU pueden reprocesarse.

El TPU tiene muchas aplicaciones, incluyendo paneles de instrumentos automotrices, ruedas giratorias, herramientas eléctricas, artículos deportivos, dispositivos médicos, correas de transmisión, calzado, balsas inflables, mangueras contra incendios, puntas de contrapeso y una variedad de usos en películas, láminas y perfiles extruidos. ^{[ 2 ] [ 3 ]} El TPU también es un material popular que se encuentra en carcasas exteriores flexibles de dispositivos como teléfonos móviles y protectores de teclado. ^{[ 4 ]}

El TPU se utiliza en el revestimiento de cables y alambres, mangueras y tubos, en aplicaciones de recubrimiento adhesivo y textil, y como modificador de impacto de otros polímeros. ^{[ 5 ]} También se utiliza en películas de alto rendimiento, como estructuras de vidrio de alta resistencia al impacto .

El TPU es un elastómero termoplástico utilizado en la impresión 3D por deposición de filamento fundido (FFF). Su ausencia de deformación y la falta de necesidad de imprimación lo convierten en un filamento ideal para impresoras 3D cuando se requiere flexibilidad y elasticidad en los objetos. Al ser un termoplástico, el extrusor de la impresora 3D puede fundirlo, imprimirlo y luego enfriarlo hasta obtener un sólido elástico. Los polvos de TPU también se utilizan en otros procesos de impresión 3D , como la sinterización selectiva por láser (SLS) y la impresión 3D por inyección de tinta . Asimismo, se emplea en grandes máquinas de moldeo por inyección o extrusión vertical para imprimir directamente sin la etapa intermedia de extrusión de filamento o preparación del polvo.

Las propiedades del TPU disponible comercialmente incluyen:

• alta resistencia a la abrasión
• rendimiento a bajas temperaturas
• alta resistencia al corte
• alta elasticidad
• transparencia
• Resistencia al aceite y a la grasa

Los TPU disponibles actualmente se pueden dividir principalmente en dos grupos, según la química del segmento blando:

1. TPU a base de poliéster (derivados principalmente de ésteres de ácido adípico )
2. TPU a base de poliéter (principalmente a base de éteres de tetrahidrofurano (THF) ).

Las diferencias entre estos dos grupos se detallan en la tabla a continuación.

Tabla 1: Principales diferencias entre el TPU a base de poliéster y el TPU a base de poliéter.

(A = excelente; B = bueno; C = aceptable; D = malo; F = muy malo)

El TPU es la opción ideal cuando se requiere flexibilidad a bajas temperaturas y/o un elastómero termoplástico (TPE) resistente a la abrasión. El TPU a base de poliéter es adecuado cuando se necesita una excelente resistencia adicional a la hidrólisis y a los microorganismos, así como cuando la flexibilidad a temperaturas extremadamente bajas es importante. El TPU a base de éster es más relevante cuando la resistencia al aceite y a la grasa es fundamental.

Cuando se requiere un color de luz estable y un rendimiento que no amarillee, se utiliza TPU alifático (ATPU) basado en isocianatos alifáticos.

BASF ha sido pionera en la reticulación durante la transformación del TPU, lo que se logra mediante la adición de agentes reticulantes líquidos o el uso de un concentrado de aditivos granulados sólidos . BASF, Merquinsa-Lubrizol y GRECO han desarrollado TPU de origen vegetal para aplicaciones de elastómeros termoplásticos ecológicos , comercializados como Elastollan N, Pearlthane ECO e Isothane, respectivamente.

El TPU puede contener siloxanos , algunos de los cuales son considerados sustancias de muy alta preocupación por la Unión Europea. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

• Manguera de fracking
• funda para teléfono móvil
• Policarbonato
• Silicona