Polyurethan (PU), kurz für Poly (Urethan), ist ein vielseitiges Polymer, das durch die Polykondensationsreaktion von Polyolen und Diisocyanaten synthetisiert wurde. Es ist bekannt für seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften und wird in verschiedenen Industrie- und Verbraucheranwendungen, einschließlich Filme, Beschichtungen, Klebstoffen, Fasern, Schäumen und Elastomeren, häufig eingesetzt. Unter den verschiedenen Formen von Polyurethan fällt das thermoplastische Polyurethan (TPU) aufgrund seiner einzigartigen Kombination von Elastizität und Verarbeitbarkeit auf.
TPU ist eine Klasse linear segmentierter Blockcopolymere, die typischerweise durch die Formel (AB) ₙ dargestellt werden. In dieser Struktur ist das "A" -Segment ein Polyester oder Polyether mit hohem Molekulargewicht (mit einem Molekulargewichtsbereich von ungefähr 1000 bis 6000), während das "B" -Segment ein kurzkettiges Diol ist, das 2 bis 12 Kohlenstoffatome enthält. Diese weichen und harten Segmente sind durch Diisocyanateinheiten verbunden und bilden eine Struktur, die TPU sowohl Flexibilität als auch Stärke verleiht. Im Gegensatz zu vernetzten Gummimaterialien weist TPU eine hauptsächlich lineare molekulare Struktur mit minimaler chemischer Vernetzung auf.
Eine der wichtigsten Eigenschaften der TPU liegt in Gegenwart zahlreicher Wasserstoffbrückenbindungen zwischen seinen molekularen Ketten und bildet das, was als physikalische Vernetzung bezeichnet wird. Diese Wasserstoffbrückenbindungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Verstärkung der Struktur des Materials und tragen zu ihrem hohen Modul, der Zugfestigkeit und seiner Widerstandsfähigkeit bei. Infolgedessen weist TPU eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit, Öl- und chemische Resistenz, Hydrolyseresistenz auf und bleibt über einen weiten Temperaturbereich stabil. Es zeigt auch einen guten Widerstand gegen mikrobielle Angriffe und Umweltalterung.
Ein weiterer Vorteil von TPU ist sein thermoplastisches Verhalten. Die physikalische Vernetzung durch Wasserstoffbrückenbindungen ist reversibel-unter-Erwärmung oder in Lösung, die intermolekularen Kräfte schwächen, sodass das Material fließen oder umgestaltet werden kann. Bei der Abkühlung oder Lösungsmittelverdunstung reformieren sich die Wasserstoffbindungen, sodass das Material seine Festkörperleistung ohne signifikanten Eigenschaftenverlust wiedererlangt. Diese Neuverarbeitung macht TPU für Injektionsform, Extrusion und andere thermoplastische Verarbeitungstechniken geeignet.
Ein bekanntes Beispiel für TPU im täglichen Leben ist Spandex (auch Elastane genannt), eine hochelastische Faser, die in Textilien verwendet wird. Die Vielseitigkeit, Haltbarkeit und Verarbeitbarkeit von TPU machen es zu einem Material der Wahl in Branchen, die von Schuhen und Elektronik bis hin zu Automobil- und Medizinprodukten reichen.