TPU – “Crescimento excepcional nos últimos anos”

Elastômeros Termoplásticos de Poliuretano

Introdução

Em comparação com muitos outros plásticos de consumo estagnando ou até decrescente, o emprego dos elastômeros termoplásticos de poliuretano (TPU) apresentou um crescimento constante excepcional.

Os maiores crescimentos foram atingidos na área técnica.

Esses materiais devem esses crescimentos às combinações de suas qualidades com as características mais importantes, como: resistências elevadas ao desgaste e à abrasão, alta resistência à tração associada a resistências elevadas de início e prosseguimento de rasgamento, alta capacidade de amortecimento com flexibilidade no frio e resistência muito boa a óleos, graxas, água, oxigênio e à ozona.

O mix foi adequado de forma dirigida para as exigências dos usuários da área de poliésteres e poliéteres, bem como aquelas dos produtos reforçados.

É interessante notar, sobretudo, a demanda de crescimento acentuado nas áreas de extrudados e moldados por sopro, nas quais foram conseguidos grandes avanços nas lâminas, cabos e nas peças moldadas.

Plástico Moderno, TPU: Produtos extrudados
Elastômeros Termoplásticos de Poliuretano

Estrutura

Três componentes servem para estruturar os elastômeros termoplásticos de poliuretano:

  1. Poliéster ou poliéteres-dióis difuncionais de cadeia longa de peso molecular na faixa de 1000 a 3000;
  2. Dióis de cadeia curta;
  3. Di-isocianatos.

Nos poliésteres-dióis de cadeia mais longa, trata-se de homo ou copoliésteres-dióis alifáticos, preponderantemente produtos da condensação do ácido adípico com dióis como etileno-glicol, butanodiol-1, 4, hexanodiol-1, 6 e neopentil-glicol ou poli-caprolactana.

O representante principal dos poliéteres-dióis é o poli-tetra-hidrofurano.

Conforme a estrutura e o peso molecular, os polióis são cerosos cristalinos, pastosos ou líquidos com ponto de fusão de até uns 50ºC. Do grupo dos dióis de cadeia curta, que correspondem aos elementos construtivos diol dos poliésteres-dióis, é empregado preponderantemente o butanodiol-1, 4. Para produtos especiais, pode ser considerado ainda a hidrochinona di-b-hidroxi-etil-éter.

O elemento construtivo di-isocianato mais importante dos poliuretanos termoplásticos é o 4, 4’-di-isocianato de difenil-metano (MDI). Os di-isocianatos alifáticos como o di-isocianato de hexa-metileno ou o di-isocianato de di-ciclohexil-metano são utilizados nas aplicações à prova de luz.

Poliadição no exemplo dos componentes poliol, MDI e 1,4 butanodiol

butanodiol – 1,4 extensor de cadeia di-isocianato poliol situação de partida MDI a) cadeias de copolímeros em bloco (aspecto) segregação e cristalização b)

Poliuretanos termoplásticos. Representação esquemática da estrutura de moléculas copolimerizadas em bloco com a (subsequente) separação de fases e a cristalização.

O poliuretano pode ser produzido segundo o chamado processo “one shot”, ou pelo processo de pré-polimerização.

No processo “one shot”, os dois componentes funcionais OH são colocados para reagir com o di-isocianato em uma etapa, após sua boa mistura, enquanto que o processo de pré-polimerização ocorre como uma etapa preliminar por meio de um aditivo poliol-di-isocianato livre em excesso e com o diol de cadeia curta.

Por conta disso, a denominação “extensor de cadeia” tornou-se usual para o grupo dos dióis de cadeia curta. Para os poliuretanos atingirem qualidades mecânicas ótimas, a um peso molecular suficiente, a proporção dos di-isocianatos/dióis deve ser mantida de tal forma que os grupos finais NCO e OH se transformem na região do ponto de equivalência.

Mantendo essas condições de equivalência, a dureza e outras qualidades mecânicas são determinadas por meio da proporção em peso do extensor de cadeia, ou seja, do di-isocianato na receita. Quanto maior essa proporção, tanto mais duros os elastômeros de poliuretano obtidos.

Segundo o princípio da poliadição, os componentes construtivos necessariamente bifuncionais com os grupos finais reativos NCO e OH formam nos poliuretanos termoplásticos cadeias de polímeros mais longas, por meio da associação dos elementos construtivos através de pontes de uretana (figura 1).

Plástico Moderno, TPU: Crescimento excepcional nos últimos anos
Poliadição no exemplo dos componentes poliol – MDI e 1,4 butanodiol

A representação esquemática da estrutura de cadeia de um poliuretano termoplástico, como ilustrado na fig. 2a, mostra a estrutura do produto como copolímero em bloco.

Conforme a receita do extensor (parte extensora da cadeia), surgem dos elementos construtivos di-isocianato e extensores segmentos duros rígidos, mais ou menos longos, e ricos em grupos uretano interligados pelos segmentos macios do poliol.

Em razão das forças de ação alternada dos segmentos polares duros entre si, existe a formação de faixas de organização (fig. 2b), que podem segregar-se da mistura em reação, como ocorre, por exemplo, no caso do MDI/ 1,4 Butanodiol, que se segrega de forma cristalina quando a sua estrutura atinge um tamanho suficiente.

Plástico Moderno, TPU: Crescimento excepcional nos últimos anos
Poliuretanos termoplásticos – Representação esquemática da estrutura de moléculas copolimerizadas em bloco com a (subsequente) separação de fases e cristalização.

O comportamento elástico desses poliuretanos copolimerizados em bloco pode ser entendido somente por meio do desenvolvimento dessa “estrutura demoníaca”.

A matriz de fase macia do poliol, presente de forma amorfa nas temperaturas de utilização, forma o elemento estrutural para a deformabilidade do poliuretano, enquanto que a maioria das estruturas da fase dura, ligadas a ela após a segregação e a cristalização, atuam como pontos físicos de cura na estrutura do poliuretano, que impedem o fluxo irreversível na conformação.

Esses pontos agem adicionalmente como carga, sendo, portanto, determinantes na dureza do elastômero de poliuretano. A fusão das fases duras e a consequente quebra dos pontos físicos de cura possibilitam a sua conformação termoplástica.

 

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