1958년, 굿리치 화학 회사(현재 루브리졸)는 TPU 브랜드인 에스탄(Estane)을 최초로 등록했습니다. 지난 40년 동안 전 세계적으로 20개 이상의 브랜드가 출시되었으며, 각 브랜드는 다양한 제품 시리즈를 보유하고 있습니다. 현재 TPU 원료 제조업체로는 BASF, 코베스트로, 루브리졸, 헌츠만, 완화화학그룹, 상하이 헝안, 루이화, 쉬촨화학 등이 있습니다.
1. TPU의 종류
연질 세그먼트 구조에 따라 에스테르기, 에테르기 또는 부텐기를 각각 포함하는 폴리에스테르형, 폴리에테르형 및 부타디엔형으로 나눌 수 있다.
경질 세그먼트 구조에 따라 우레탄형과 우레탄우레아형으로 나눌 수 있으며, 각각 에틸렌 글리콜 사슬 연장제 또는 디아민 사슬 연장제로부터 얻어집니다. 일반적인 분류는 폴리에스테르형과 폴리에테르형으로 나뉩니다.
가교 결합의 유무에 따라 순수 열가소성 수지와 반열가소성 수지로 나눌 수 있다.
전자는 순수한 선형 구조를 가지며 가교 결합이 없습니다. 후자는 알로판산 에스테르와 같은 소량의 가교 결합을 포함합니다.
완제품의 용도에 따라 프로파일 부품(다양한 기계 요소), 파이프(외피, 봉 프로파일), 필름(시트, 박판), 접착제, 코팅제, 섬유 등으로 나눌 수 있다.
2. TPU 합성
TPU는 분자 구조상 폴리우레탄에 속합니다. 그렇다면 어떻게 응집되었을까요?
합성 공정에 따라 크게 벌크 중합과 용액 중합으로 나뉜다.
대량 중합은 사전 반응의 유무에 따라 사전 중합법과 단일 단계법으로 나눌 수 있다.
전중합 방법은 TPU를 생산하기 위해 사슬 연장을 추가하기 전에 디이소시아네이트를 고분자 디올과 일정 시간 동안 반응시키는 것을 포함합니다.
이 원스텝 방법은 고분자 다이올, 다이이소시아네이트 및 사슬 연장제를 동시에 혼합하고 반응시켜 TPU를 형성하는 것을 포함합니다.
용액 중합은 먼저 다이이소시아네이트를 용매에 용해시킨 후, 고분자 다이올을 첨가하여 일정 시간 동안 반응시키고, 마지막으로 사슬 연장제를 첨가하여 TPU를 생성하는 과정입니다.
TPU의 밀도는 연질 세그먼트의 종류, 분자량, 경질 또는 연질 세그먼트 함량, TPU 응집 상태에 따라 영향을 받으며, 밀도는 약 1.10~1.25로 다른 고무 및 플라스틱과 큰 차이가 없습니다.
동일한 경도에서 폴리에테르형 TPU의 밀도는 폴리에스터형 TPU보다 낮다.
3. TPU 가공
TPU 입자는 최종 제품을 형성하기 위해 다양한 공정을 거쳐야 하며, 주로 용융 및 용액법을 사용하여 가공됩니다.
용융 가공은 혼합, 롤링, 압출, 블로우 성형 및 성형과 같이 플라스틱 산업에서 흔히 사용되는 공정입니다.
용액 공정은 입자를 용매에 용해시키거나 용매에서 직접 중합시켜 용액을 제조한 다음 코팅, 방사 등의 공정을 수행하는 과정입니다.
TPU로 만든 최종 제품은 일반적으로 가황 가교 반응이 필요하지 않아 생산 주기를 단축하고 폐기물을 재활용할 수 있습니다.
4. TPU의 성능
TPU는 높은 탄성률, 높은 강도, 높은 신장률 및 탄성을 지니고 있으며, 내마모성, 내유성, 저온 저항성 및 내노화성이 우수합니다.
TPU는 높은 인장 강도, 높은 신장률, 그리고 낮은 장기 압축 영구 변형률을 모두 중요한 장점으로 꼽습니다.
샤오우는 주로 인장 강도 및 신장률, 탄성 회복력, 경도 등과 같은 측면에서 TPU의 기계적 특성에 대해 자세히 설명할 것입니다.
높은 인장 강도와 높은 연신율
TPU는 우수한 인장 강도와 신장률을 가지고 있습니다. 아래 그림의 자료에서 볼 수 있듯이, 폴리에테르형 TPU의 인장 강도와 신장률은 폴리염화비닐(PVC) 플라스틱 및 고무보다 훨씬 뛰어납니다.
또한 TPU는 가공 과정에서 첨가제를 거의 또는 전혀 사용하지 않고도 식품 산업의 요구 사항을 충족할 수 있는데, 이는 PVC나 고무와 같은 다른 소재로는 달성하기 어려운 점입니다.
회복탄력성은 온도에 매우 민감합니다.
TPU의 복원력은 변형 응력이 제거된 후 원래 상태로 얼마나 빨리 회복되는지를 나타내는 정도이며, 회복 에너지로 표현됩니다. 회복 에너지는 변형을 일으키는 데 필요한 에너지에 대한 변형 후 원래 상태로 되돌아가는 데 필요한 에너지의 비율입니다. 이는 탄성체의 동적 탄성 계수와 내부 마찰의 함수이며, 온도 변화에 매우 민감합니다.
반발력은 특정 온도까지 온도가 낮아짐에 따라 감소하다가 그 이후에는 급격히 증가합니다. 이 온도는 연질 세그먼트의 결정화 온도이며, 이는 고분자 다이올의 구조에 따라 결정됩니다. 폴리에테르형 TPU는 폴리에스터형 TPU보다 결정화 온도가 낮습니다. 결정화 온도 이하에서는 엘라스토머가 매우 단단해지고 탄성을 잃습니다. 따라서 복원력은 단단한 금속 표면에서 반발하는 것과 유사합니다.
경도 범위는 쇼어 A60-D80입니다.
경도는 재료가 변형, 긁힘 및 흠집에 저항하는 능력을 나타내는 지표입니다.
TPU의 경도는 일반적으로 쇼어 A 및 쇼어 D 경도계를 사용하여 측정하며, 쇼어 A는 부드러운 TPU에, 쇼어 D는 단단한 TPU에 사용됩니다.
TPU는 연질 및 경질 사슬 부분의 비율을 조절하여 경도를 조절할 수 있습니다. 따라서 TPU는 고무와 플라스틱의 경도 범위에 걸쳐 쇼어 A60~D80의 비교적 넓은 경도 범위를 가지며, 전체 경도 범위에 걸쳐 높은 탄성을 나타냅니다.
TPU의 경도가 변함에 따라 일부 물성이 변할 수 있습니다. 예를 들어, TPU의 경도가 증가하면 인장 탄성률 및 인열 강도 증가, 강성 및 압축 응력(하중 용량) 증가, 신장률 감소, 밀도 및 동적 발열량 증가, 환경 저항성 향상과 같은 성능 변화가 나타납니다.
5. TPU의 응용
TPU는 우수한 엘라스토머로서 다양한 하류 제품 방향을 가지고 있으며 생활용품, 스포츠 용품, 장난감, 장식 재료 및 기타 분야에 널리 사용됩니다.
신발 소재
TPU는 뛰어난 탄성과 내마모성 덕분에 주로 신발 소재로 사용됩니다. TPU가 함유된 신발 제품은 일반 신발 제품보다 착용감이 훨씬 편안하기 때문에 고급 신발, 특히 스포츠화와 캐주얼화에 널리 사용됩니다.
호스
TPU 호스는 부드러운 성질, 우수한 인장 강도, 충격 강도, 고온 및 저온 저항성 덕분에 중국에서 항공기, 탱크, 자동차, 오토바이, 공작기계와 같은 기계 장비용 가스 및 오일 호스로 널리 사용됩니다.
케이블
TPU는 인열 저항성, 내마모성, 굽힘 저항성을 제공하며, 고온 및 저온 저항성은 케이블 성능의 핵심 요소입니다. 따라서 중국 시장에서는 제어 케이블 및 전력 케이블과 같은 첨단 케이블에 TPU를 사용하여 복잡한 케이블 설계의 코팅 재료를 보호하고 있으며, 그 적용 범위가 점점 확대되고 있습니다.
의료기기
TPU는 안전하고 안정적이며 고품질의 PVC 대체 소재로, 프탈레이트 및 기타 유해 화학 물질을 함유하지 않아 의료용 카테터나 의료용 백 내의 혈액 또는 기타 액체로 용출되어 부작용을 일으키지 않습니다. 또한 압출 등급 및 사출 등급으로 특별히 개발된 TPU입니다.
영화
TPU 필름은 TPU 과립 소재를 롤링, 캐스팅, 블로우 성형, 코팅 등의 특수 공정을 통해 제조한 얇은 필름입니다. 높은 강도, 내마모성, 우수한 탄성 및 내후성 덕분에 TPU 필름은 산업, 신발 소재, 의류 부자재, 자동차, 화학, 전자, 의료 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
게시 시간: 2020년 2월 5일