थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर क्या है?

थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर क्या है?

पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर पॉलीयुरेथेन सिंथेटिक सामग्रियों की एक किस्म है (अन्य किस्मों में पॉलीयुरेथेन फोम, पॉलीयुरेथेन एडहेसिव, पॉलीयुरेथेन कोटिंग और पॉलीयुरेथेन फाइबर शामिल हैं), और थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर के तीन प्रकारों में से एक है, जिसे आमतौर पर टीपीयू कहा जाता है (पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर्स के अन्य दो प्रमुख प्रकार कास्ट पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर्स, जिसे संक्षेप में सीपीयू कहा जाता है, और मिक्स्ड पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर्स, जिसे संक्षेप में एमपीयू कहा जाता है)।

टीपीयू एक प्रकार का पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर है जिसे गर्म करके प्लास्टिसाइज्ड किया जा सकता है और विलायक में घोला जा सकता है। सीपीयू और एमपीयू की तुलना में, टीपीयू की रासायनिक संरचना में रासायनिक क्रॉस-लिंकिंग बहुत कम या न के बराबर होती है। इसकी आणविक श्रृंखला मूल रूप से रेखीय होती है, लेकिन इसमें कुछ मात्रा में भौतिक क्रॉस-लिंकिंग होती है। यह थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर है जिसकी संरचना बहुत विशिष्ट होती है।

टीपीयू की संरचना और वर्गीकरण

थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर एक (AB) ब्लॉक रैखिक बहुलक है। A एक उच्च आणविक भार वाले बहुलक पॉलीओल (एस्टर या पॉलीईथर, आणविक भार 1000~6000) को दर्शाता है, जिसे लंबी श्रृंखला कहा जाता है; B 2-12 सीधी श्रृंखला वाले कार्बन परमाणुओं वाले डायोल को दर्शाता है, जिसे छोटी श्रृंखला कहा जाता है।

थर्मोप्लास्टिक पॉलीयुरेथेन इलास्टोमर की संरचना में, खंड A को नरम खंड कहा जाता है, जिसमें लचीलापन और कोमलता के गुण होते हैं, जिससे TPU में विस्तारशीलता आती है; खंड B और आइसोसाइनेट की प्रतिक्रिया से उत्पन्न यूरेथेन श्रृंखला को कठोर खंड कहा जाता है, जिसमें कठोरता और मजबूती दोनों गुण होते हैं। खंड A और B के अनुपात को समायोजित करके, विभिन्न भौतिक और यांत्रिक गुणों वाले TPU उत्पाद बनाए जाते हैं।

नरम खंड संरचना के अनुसार, इसे पॉलिएस्टर प्रकार, पॉलीईथर प्रकार और ब्यूटाडीन प्रकार में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें क्रमशः एस्टर समूह, ईथर समूह या ब्यूटेन समूह होते हैं। कठोर खंड संरचना के अनुसार, इसे यूरेथेन प्रकार और यूरेथेन यूरिया प्रकार में विभाजित किया जा सकता है, जो क्रमशः एथिलीन ग्लाइकॉल श्रृंखला विस्तारक या डायमाइन श्रृंखला विस्तारक से प्राप्त होते हैं। सामान्य वर्गीकरण पॉलिएस्टर प्रकार और पॉलीईथर प्रकार में किया जाता है।

टीपीयू संश्लेषण के लिए कच्चे माल क्या हैं?

(1) पॉलीमर डायोल

टीपीयू इलास्टोमर में 50% से 80% की मात्रा में मौजूद 500 से 4000 के आणविक भार वाले मैक्रोमोलेक्यूलर डायोल और द्विकार्यात्मक समूह, टीपीयू के भौतिक और रासायनिक गुणों में निर्णायक भूमिका निभाते हैं।

टीपीयू इलास्टोमर के लिए उपयुक्त पॉलीमर डायोल को पॉलिएस्टर और पॉलीईथर में विभाजित किया जा सकता है: पॉलिएस्टर में पॉलीटेट्रामेथिलीन एडिपिक एसिड ग्लाइकॉल (पीबीए), पीसीएल और पीएचसी शामिल हैं; पॉलीईथर में पॉलीऑक्सीप्रोपाइलीन ईथर ग्लाइकॉल (पीपीजी), टेट्राहाइड्रोफ्यूरान पॉलीईथर ग्लाइकॉल (पीटीएमजी) आदि शामिल हैं।

(2) डाइआइसोसाइनेट

इसका आणविक भार कम है लेकिन इसका कार्य उत्कृष्ट है, जो न केवल नरम और कठोर खंडों को जोड़ने का काम करता है, बल्कि टीपीयू को विभिन्न अच्छे भौतिक और यांत्रिक गुण भी प्रदान करता है। टीपीयू में उपयोग किए जाने वाले डाइआइसोसाइनेट हैं: मेथिलीन डाइफेनिल डाइआइसोसाइनेट (एमडीआई), मेथिलीन बिस (-4-साइक्लोहेक्सिल आइसोसाइनेट) (एचएमडीआई), पी-फेनिलडाइआइसोसाइनेट (पीपीडीआई), 1,5-नेफ्थालीन डाइआइसोसाइनेट (एनडीआई), पी-फेनिलडाइमिथाइल डाइआइसोसाइनेट (पीएक्सडीआई), आदि।

(3) चेन एक्सटेंडर

100 से 350 के आणविक भार वाला चेन एक्सटेंडर, जो छोटे आणविक भार वाले डायोल की श्रेणी में आता है, कम आणविक भार, खुली श्रृंखला संरचना और बिना प्रतिस्थापन समूह के कारण टीपीयू की उच्च कठोरता और उच्च स्केलर भार प्राप्त करने में सहायक होता है। टीपीयू के लिए उपयुक्त चेन एक्सटेंडरों में 1,4-ब्यूटेनडायोल (बीडीओ), 1,4-बिस (2-हाइड्रॉक्सीएथॉक्सी) बेंजीन (एचक्यूईई), 1,4-साइक्लोहेक्सेनडाइमेथेनॉल (सीएचडीएम), पी-फेनिलडाइमिथाइलग्लाइकॉल (पीएक्सजी) आदि शामिल हैं।

कठोरता बढ़ाने वाले कारक के रूप में टीपीयू के संशोधित अनुप्रयोग

उत्पाद की लागत को कम करने और अतिरिक्त प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, पॉलीयुरेथेन थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर्स को विभिन्न थर्मोप्लास्टिक और संशोधित रबर सामग्रियों को मजबूत बनाने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले सख्त करने वाले एजेंटों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

अपनी उच्च ध्रुवीयता के कारण, पॉलीयुरेथेन ध्रुवीय रेजिन या रबर, जैसे कि क्लोरीनेटेड पॉलीइथिलीन (सीपीई) के साथ संगत हो सकता है, जिसका उपयोग चिकित्सा उत्पादों के निर्माण में किया जा सकता है; एबीएस के साथ मिश्रण करने पर इंजीनियरिंग थर्मोप्लास्टिक्स के स्थान पर इसका उपयोग किया जा सकता है; पॉलीकार्बोनेट (पीसी) के साथ संयोजन में उपयोग किए जाने पर, इसमें तेल प्रतिरोध, ईंधन प्रतिरोध और प्रभाव प्रतिरोध जैसे गुण होते हैं, और इसका उपयोग कार बॉडी बनाने में किया जा सकता है; पॉलिएस्टर के साथ संयोजन करने पर, इसकी मजबूती में सुधार किया जा सकता है; इसके अतिरिक्त, यह पीवीसी, पॉलीऑक्सीमेथिलीन या पीवीडीसी के साथ अच्छी तरह से संगत है; पॉलिएस्टर पॉलीयुरेथेन 15% नाइट्राइल रबर या 40% नाइट्राइल रबर/पीवीसी मिश्रण के साथ अच्छी तरह से संगत है; पॉलीईथर पॉलीयुरेथेन 40% नाइट्राइल रबर/पॉलीविनाइल क्लोराइड मिश्रण चिपकने वाले पदार्थ के साथ भी अच्छी तरह से संगत है; यह एक्रिलोनाइट्राइल स्टाइरीन (एसएएन) कॉपोलिमर के साथ भी संगत है; यह प्रतिक्रियाशील पॉलीसिलोक्सेन के साथ अंतर्भेदी नेटवर्क (आईपीएन) संरचनाएं बना सकता है। ऊपर वर्णित अधिकांश मिश्रित चिपकने वाले पदार्थों का आधिकारिक तौर पर उत्पादन पहले ही हो चुका है।

हाल के वर्षों में, चीन में टीपीयू द्वारा पीओएम को मजबूत बनाने पर शोध में वृद्धि हुई है। टीपीयू और पीओएम के मिश्रण से न केवल टीपीयू की उच्च-तापमान प्रतिरोधकता और यांत्रिक गुण बेहतर होते हैं, बल्कि पीओएम की मजबूती भी काफी बढ़ जाती है। कुछ शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि तन्यता फ्रैक्चर परीक्षणों में, पीओएम मैट्रिक्स की तुलना में, टीपीयू युक्त पीओएम मिश्रधातु भंगुर फ्रैक्चर से नमनीय फ्रैक्चर में परिवर्तित हो जाती है। टीपीयू के मिलाने से पीओएम में आकार स्मृति गुण भी आ जाते हैं। पीओएम का क्रिस्टलीय क्षेत्र आकार स्मृति मिश्रधातु के स्थिर चरण के रूप में कार्य करता है, जबकि अनाकार टीपीयू और पीओएम का अनाकार क्षेत्र प्रतिवर्ती चरण के रूप में कार्य करता है। जब पुनर्प्राप्ति प्रतिक्रिया तापमान 165 ℃ और पुनर्प्राप्ति समय 120 सेकंड होता है, तो मिश्रधातु की पुनर्प्राप्ति दर 95% से अधिक हो जाती है, और पुनर्प्राप्ति प्रभाव सर्वोत्तम होता है।

पॉलीयूरेथेन (TPU) पॉलीइथिलीन, पॉलीप्रोपाइलीन, एथिलीन प्रोपाइलीन रबर, ब्यूटाडीन रबर, आइसोप्रीन रबर या अपशिष्ट रबर पाउडर जैसे गैर-ध्रुवीय बहुलक पदार्थों के साथ संगत नहीं होता है, और इसका उपयोग अच्छे प्रदर्शन वाले कंपोजिट बनाने के लिए नहीं किया जा सकता है। इसलिए, बाद वाले पदार्थों के लिए प्लाज्मा, कोरोना, वेट केमिस्ट्री, प्राइमर, फ्लेम या रिएक्टिव गैस जैसी सतह उपचार विधियों का अक्सर उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, अमेरिकन एयर प्रोडक्ट्स एंड केमिकल्स कंपनी ने 3-5 मिलियन आणविक भार वाले अति-उच्च आणविक भार पॉलीइथिलीन महीन पाउडर पर F2/O2 सक्रिय गैस सतह उपचार किया है और इसे 10% के अनुपात में पॉलीयूरेथेन इलास्टोमर में मिलाया है, जिससे इसके फ्लेक्सुरल मॉड्यूलस, तन्यता शक्ति और घिसाव प्रतिरोध में उल्लेखनीय सुधार हुआ है। साथ ही, F2/O2 सक्रिय गैस सतह उपचार को 6-35 मिमी लंबाई के दिशात्मक रूप से विस्तारित लघु तंतुओं पर भी लागू किया जा सकता है, जिससे कंपोजिट सामग्री की कठोरता और अपघर्षण प्रतिरोध में सुधार होता है।

टीपीयू के अनुप्रयोग क्षेत्र क्या हैं?

1958 में, गुडरिच केमिकल कंपनी (अब लुब्रिज़ोल के नाम से जानी जाती है) ने पहली बार टीपीयू ब्रांड एस्टेन को पंजीकृत कराया। पिछले 40 वर्षों में, दुनिया भर में इसके 20 से अधिक ब्रांड नाम हैं, और प्रत्येक ब्रांड के कई उत्पाद हैं। वर्तमान में, विश्व में टीपीयू कच्चे माल के प्रमुख निर्माता हैं: BASF, कोवेस्ट्रो, लुब्रिज़ोल, हंट्समैन कॉर्पोरेशन, मैककिन्से, गोल्डिंग, आदि।

एक उत्कृष्ट लोचदार पदार्थ होने के नाते, टीपीयू के अनेक प्रकार के उत्पाद हैं, जिनका उपयोग दैनिक उपयोग की वस्तुओं, खेल सामग्री, खिलौनों, सजावटी सामग्री और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है। नीचे कुछ उदाहरण दिए गए हैं।

① जूते की सामग्री

टीपीयू का उपयोग मुख्य रूप से जूतों की सामग्री में किया जाता है क्योंकि यह उत्कृष्ट रूप से लचीला और टिकाऊ होता है। टीपीयू युक्त जूते सामान्य जूतों की तुलना में पहनने में कहीं अधिक आरामदायक होते हैं, इसलिए इनका उपयोग उच्च श्रेणी के जूतों में, विशेष रूप से कुछ स्पोर्ट्स शूज़ और कैज़ुअल शूज़ में व्यापक रूप से किया जाता है।

② होसेस

अपनी कोमलता, अच्छी तन्यता शक्ति, प्रभाव शक्ति और उच्च और निम्न तापमान के प्रतिरोध के कारण, टीपीयू होज़ का उपयोग चीन में विमान, टैंक, ऑटोमोबाइल, मोटरसाइकिल और मशीन टूल्स जैसे यांत्रिक उपकरणों के लिए गैस और तेल होज़ के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है।

③ केबल

टीपीयू में फटने, घिसने और मुड़ने की प्रतिरोधक क्षमता होती है, और उच्च एवं निम्न तापमान प्रतिरोधकता केबल के प्रदर्शन की कुंजी है। इसलिए चीनी बाजार में, नियंत्रण केबल और पावर केबल जैसे उन्नत केबल जटिल केबल डिज़ाइनों की कोटिंग सामग्री की सुरक्षा के लिए टीपीयू का उपयोग करते हैं, और इनका अनुप्रयोग तेजी से व्यापक होता जा रहा है।

④ चिकित्सा उपकरण

टीपीयू एक सुरक्षित, स्थिर और उच्च गुणवत्ता वाला पीवीसी विकल्प है, जिसमें थैलेट और अन्य हानिकारक रासायनिक पदार्थ नहीं होते हैं, और ये मेडिकल कैथेटर या मेडिकल बैग में रक्त या अन्य तरल पदार्थों में मिलकर दुष्प्रभाव पैदा नहीं करते हैं। इसके अलावा, विशेष रूप से विकसित एक्सट्रूज़न ग्रेड और इंजेक्शन ग्रेड टीपीयू को मौजूदा पीवीसी उपकरणों में थोड़ी सी सेटिंग और समायोजन के साथ आसानी से इस्तेमाल किया जा सकता है।

⑤ वाहन और परिवहन के अन्य साधन

नायलॉन कपड़े को दोनों तरफ से पॉलीयुरेथेन थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर से लेपित करके और उसे एक्सट्रूड करके, 3-15 लोगों को ले जाने वाली वायुसंचालित लड़ाकू और टोही नौकाएँ बनाई जा सकती हैं, जिनका प्रदर्शन वल्केनाइज्ड रबर की वायुसंचालित नौकाओं की तुलना में कहीं बेहतर होता है; ग्लास फाइबर से प्रबलित पॉलीयुरेथेन थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर का उपयोग कार के दोनों किनारों पर ढाले गए पुर्जे, दरवाजों की बाहरी परतें, बंपर, घर्षण रोधी पट्टियाँ और ग्रिल जैसे बॉडी कंपोनेंट बनाने के लिए किया जा सकता है।