熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、交互のソフトセグメントとハードセグメントで構成される線形セグメント化されたブロック共重合体です。このユニークな分子アーキテクチャにより、TPUは、ゴムの柔軟性と弾力性と熱可塑性物質の典型的な処理の容易さを組み合わせることができます。その結果、TPUは非常に汎用性の高い材料になり、産業部品や医療機器から履物や自動車部品に至るまでのアプリケーションで使用されています。
TPUのハードセグメントは、ジソシアン酸塩の反応によって形成されます。一般に4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネート（MDI） - チェーン拡張器として知られる1,4-ブタンジオールなどの短鎖ディオルとの反応。一方、柔らかいセグメントは、ポリテーラーやポリエステルなどの長鎖ポリオールで構成されています。これらのソフトセグメントは、ハードセグメントをリンクし、柔軟性と弾力性を提供します。
ハードセグメントは、物理的な架橋点として機能し、TPUの機械的強度、熱安定性、耐摩耗性の原因です。対照的に、ソフトセグメントは、TPUにその弾性挙動を与える柔軟なマトリックスを形成し、動的ストレスの下でうまく機能することができます。これらの2つのタイプのセグメント間の相互作用により、丈夫で柔軟な材料が得られます。
極性、結晶化度、融点の違いにより、硬いセグメントと柔らかいセグメントは室温で互換性があり、微小的な分離を引き起こします。この相分離された形態は、TPUのパフォーマンスにとって重要です。ハードセグメントは、柔らかいアモルファスマトリックス内の明確なドメインを結晶化して形成する傾向があり、化学架橋を必要とせずに材料を補強します。
TPUがハードセグメントの融点より上で加熱されると、粘性のある均質な溶融物になり、押出、射出成形、ブロー成形などの従来の熱可塑性技術を使用して処理できます。冷却すると、位相分離が再び発生し、材料はその固体構造と弾性特性を取り戻します。
熱可塑性を実現するには、すべての成分とモノマーの平均機能が2.00に近いことが不可欠です。これにより、最小限の分岐または永久架橋を伴う線形高分子重量鎖の形成が保証されます。この構造では、ソフトセグメントが弾力性を決定しますが、ハードセグメントは、ポリマーマトリックス内のフィラーまたは強化点のように機能する可逆的な物理架橋を提供します。