Propiedades TPU

Propiedades Quimícas TPU

Nuestra línea de productos MEXTHANE™ y MEXPUR™ se compone de poliuretanos termoplásticos en forma granular. El poliuretano termoplástico (TPU) ofrece una excelente resistencia química a aceites, grasas, disolventes, hidrocarburos y a la abrasión, lo que lo hace ideal para entornos industriales agresivos. Resistente al agua y al gas, es excelente para juntas y sellos, aunque puede presentar limitaciones con ácidos, bases y requisitos específicos de protección UV.

Resistencia química general

Debido a su estructura química muy variable, los grados de MEXPUR pueden comportarse de forma muy diferente frente a los productos químicos. Los productos a base de poliéter presentan un comportamiento fundamentalmente distinto al de los basados en poliésteres, y la dureza también influye. Además, las condiciones externas, como la temperatura, la concentración y la duración de la exposición al medio, tienen un impacto significativo en la resistencia química. Si la resistencia del MEXPUR a mezclas específicas de sustancias no está clara, recomendamos realizar pruebas especiales para determinar el comportamiento mecánico del material tras su envejecimiento en el medio en cuestión. Cuando el MEXPUR entra en contacto con productos químicos, generalmente se produce hinchazón y/o reacciones químicas, junto con la degradación del material. La hinchazón implica la absorción de sustancias, generalmente de bajo peso molecular, por el TPU; un proceso reversible, ya que las cadenas moleculares no se dañan. Sin embargo, pueden producirse cambios dimensionales, junto con un deterioro de las propiedades mecánicas del material. En casos extremos, el TPU se disuelve.

TPU éster

El poliuretano (TPU) a base de éster utiliza poliol de poliéster como materia prima. Ofrece una mayor resistencia mecánica (propiedades mecánicas), resistencia a la abrasión, resistencia al calor y al aceite, y menores costos de fabricación. Por otro lado, presenta una menor resistencia a la hidrólisis.

Excelente resistencia petróleo
Excelente resistencia a la abrasión
Resistencia a la presión el mismo que el éter
Rendimiento a baja temperatura suficiente
Rendimiento a alta temperatura buena
Tubo de poliuretano a base de poliéster es generalmente más fuerte
Tubo de TPU goza de ventaja de costes sobre la tubería PU basado poliéter
No se recomienda para uso en alta humedad o la exposición al agua >70°C

TPU éter

El TPU de base éter se fabrica a partir de poliol de base éter. Presenta excelente resistencia a la hidrólisis, a bajas temperaturas y al moho, pero su resistencia mecánica es inferior a la del TPU de éster

Resistencia a los hongos
Flexibilidad a baja temperatura
Excelente estabilidad hidrolítica
Buena resistencia a ácidos / bases débiles
Estable en agua tan caliente como 50℃ durante largos períodos
No se recomienda para el agua arriba de 70℃
La absorción de agua es muy bajo 0,3% a 1% en peso
Aumento de volumen es despreciable
Demostrar mejor durabilidad que Ester
Más caro que el material a base de poliéster
Resistencia a la humedad para la aplicación neumática
Rendimiento a baja temperatura muy buena
Rendimiento a alta temperatura suficiente

Resistencia química

Reconociendo que ciertas aplicaciones requieren TPU que demuestren resistencia química, Mexpolimeros ofrece un servicio técnico que puede ayudar a evaluar la resistencia de sus grados de TPU en relación con sustancias específicas, particularmente aquellas empleadas en proyectos industriales, de laboratorio y médicos. La resistencia química depende primordialmente del tipo, del tiempo del ataque químico, de la temperatura, de la cantidad y de la concentración del producto químico que ataca. Son atacados ya a temperatura ambiente por ácidos y soluciones alcalinas concentrados , pero son resistente a temperatura ambiente a los ácidos y soluciones alcalinas diluidos. El contacto con hidrocarburos saturados, como por ejemplo gasóleo, iso-octano, éter de petróleo, queroseno, se presenta un hinchamiento reversible casi los valores mecánicos originales. Los hidrocarburos aromáticos como benceno y toluol hinchan el TPU altamente, la disminución de los valores mecánicos, puede llegar a aprox. 50 % de peso de estos productos aromáticos. Los aceites de ensayo ASTM no. 1, IRM-902 y IRM-903 no originan ninguna disminución tampoco después un almacenamiento de 3 semanas a 100°C. Son resistente a las grasas de lubrificación y a los aceites de motor y lubrificantes. Alcoholes alifáticos como metanol, etanol e iso-propanol originan un hinchamiento entonces se reduce la resistencia a la tracción. Las cetonas, por ejemplo la acetona, la metiletilcetona y la ciclohexanona (anona) son disolventes parciales para el TPU. Los ésteres alifáticos como el acetato de etilo y el acetato de n-butilo hinchan mucho el TPU. Los disolventes orgánicos de alta polaridad, por ejemplo dimetilformamida (DMF), N-metilpirrolidona y tetrahidrofurano (THF) disuelven el TPU. No resiste la hidrólisis en agua caliente (vapor)* en practica se entiende la degradación de la estructura molecular a altas temperaturas y con una elevada humedad. El poliuretano con base de poliéter presenta una mejor resistencia a la hidrólisis que el poliuretano termoplástico con base de poliéster.

Resistencia a aceites, grasas y disolventes del TPU

Como regla general, el TPU permanece estable cuando entra en contacto con grasas, lubricantes y aceites de prueba en pruebas como ASTM 1, IRM-902 e IRM-903. Esto es así incluso a altas temperaturas de hasta 100°C y durante un período de varias semanas. Sin embargo, algunos fluidos a base de aceite pueden prepararse con aditivos que podrían dañar el TPU. Por lo tanto, se recomienda realizar pruebas de compatibilidad.

El TPU presenta una excelente resistencia a muchos aceites y grasas técnicas comunes, incluyendo aquellos con un mayor contenido de hidrocarburos aromáticos. En general:
Las formulaciones a base de poliéster ofrecen una resistencia superior a aceites y grasas.
La resistencia a los disolventes es generalmente buena, aunque puede ser atacado por disolventes específicos.

El TPU es superior al caucho de nitrilo en cuanto a resistencia al aceite y tiene una excelente vida útil de resistencia al aceite.

Resistencia a ácidos y bases del TPU

El TPU tiene una resistencia limitada a los ácidos y soluciones alcalinas. Sólo puede soportar ácidos diluidos y soluciones alcalinas a temperatura ambiente durante períodos cortos de tiempo. Hidrocarburos saturados Cuando se expone a hidrocarburos saturados, el TPU puede expandirse ligeramente. Se sabe que se produce una hinchazón moderada con el gasóleo, el isooctano, el éter de petróleo y el queroseno. Si bien es solo temporal, este cambio puede provocar una reducción provisional de la resistencia al desgarro del TPU. Tenga en cuenta: los grados flexibles son más propensos a hincharse en estas circunstancias que las alternativas rígidas. Una vez eliminado el hidrocarburo, la hinchazón normalmente disminuye y las propiedades mecánicas deberían volver a la normalidad.

La resistencia a ácidos y álcalis fuertes (bases) es más limitada. El TPU puede ser atacado por estas sustancias, por lo que no se recomienda su uso en entornos con exposición prolongada a productos químicos agresivos.

Otras características químicas del TPU

Ozono y oxígeno: El TPU presenta una excelente resistencia al oxígeno y al ozono, lo que contribuye a su durabilidad en diversas condiciones atmosféricas.
Hidrólisis: La resistencia a la hidrólisis (descomposición causada por el agua) puede variar según el tipo de formulación. Algunos tipos específicos, como el TPU Evolution® High Abrasion, están diseñados para resistir el lavado.
Es importante tener en cuenta que las propiedades exactas pueden variar según la formulación específica del TPU (por ejemplo, dureza Shore, aditivos específicos).

Características clave de resistencia química del TPU

Aceites y grasas: Excelente resistencia, ideal para aplicaciones automotrices y de maquinaria.
Disolventes: Buena resistencia a numerosos disolventes, lo que lo hace versátil en el campo químico.
Hidrolisis y microbios: Los TPU a base de poliéter ofrecen una resistencia superior al ataque microbiano y al agua.
Intemperie: Menos susceptible a la oxidación que los cauchos a base de hidrocarburos.
Debilidades: Resistencia limitada a ácidos y bases fuertes.

Diferencias de la base del TPU

TPU de poliéster: Mayor resistencia a aceites y disolventes.
TPU de poliéter: Mayor resistencia a la hidrólisis (agua) y a los microbios.
En general, el TPU es un material muy robusto, con resistencia química que puede soportar un uso intensivo.

Comparación de la estabilidad de la hidrólisis del TPU

Distribución e influencia de la masa molecular La distribución del peso molecular relativo del poliéter sigue la ecuación de probabilidad de Poisson y la distribución del peso molecular relativo es estrecha. Sin embargo, la distribución del peso molecular relativo de los dioles de poliéster obedece a la distribución de probabilidad de Flory y tiene una distribución de peso molecular relativo amplia. La resistencia a la hidrólisis del poliuretano termoplástico de poliéster mejoró después de protegerlo con diimida carbonizada. El poliuretano termoplástico de éster de poliéter y el poliuretano termoplástico de poliéter tienen la mejor resistencia a la hidrólisis a alta temperatura. 5. Comparación de la resistencia microbiana: (2) Las materias primas para la producción de poliéster TPU incluyen principalmente diisocianato de 4-4'- difenilmetano (MDI), 1, 4-butanodiol (BDO) y ácido adípico (AA), entre los cuales la cantidad de MDI es de aproximadamente el 40%, AA es de aproximadamente el 35% y BDO es de aproximadamente el 25%. El poliéster es fácilmente atacado por las moléculas de agua y se rompe, y el ácido producido por hidrólisis puede catalizar una mayor hidrólisis del poliéster. El tipo de poliéster tiene un cierto efecto sobre las propiedades físicas y la resistencia al agua de los elastómeros. Con el aumento de metileno en el diol de poliéster, se mejoró la resistencia al agua del elastómero de poliuretano. El contenido del grupo éster es pequeño y su resistencia al agua es buena. De manera similar, la resistencia al agua de los elastómeros de poliuretano sintetizados con diácidos de cadena larga es mejor que la del poliuretano de tipo poliéster sintetizado con diácidos de cadena corta.

Relación entre TPU, hidrólisis y humedad

En la explicación del TPU de éster y el TPU de éter, dijimos que el TPU de éter tiene una resistencia superior a la hidrólisis. ¿A qué se debe esta diferencia? Analizando las moléculas de enlace y las fórmulas químicas de ambos se nota que el TPU de éster contiene una molécula de enlace (-COO-) en su estructura. Cuando esta molécula de enlace (-COO-) en el TPU de éster reacciona con agua (H₂O), se descompone en un ácido (-COOH) y un alcohol (-OH). Incluso si el TPU y el agua no entran en contacto directo, puede producirse hidrólisis cuando el TPU reacciona con la humedad del aire.

-COO- (enlace éster) +H₂O(agua) → -COOH(ácido) + –OH(alcohol)

Por otro lado, el TPU basado en éter contiene una molécula de enlace (-O-) en su estructura, pero esta estructura molecular se ve menos afectada por el agua, lo que hace que sea menos probable que se produzca hidrólisis.

Hidrocarburos aromáticos del TPU

Al igual que con los hidrocarburos saturados, el contacto con hidrocarburos aromáticos como el benceno y el tolueno puede provocar que el TPU se hinche, lo que produce una reducción en el rendimiento mecánico. Dependiendo del hidrocarburo en cuestión, la escala de hinchamiento variará. En algunos casos puede llegar a ser notorio que el material aumenta su peso hasta en un 50%.

Resistencia a la radiación UV del TPU

TPU aromáticos pueden amarillear con la exposición a la radiación UV. En aplicaciones donde un TPU estar expuesto a la luz solar, lo mejor es emplear un TPU alifático, que no amarilla o degradada con exposición al aire libre. Mexpolimeros tiene varios grados de alifático TPU pellets a base de polioles de poliéter, poliéster y policaprolactona que cubren una gama más amplia de durezas protegido UV.

Amarilleamiento, causado por la luz (UV), el aire y agentes químicos del TPU

Generalmente, el TPU se compone de dos materias primas principales: MDI (isocianato de difenilmetano, en adelante MDI) y poliol de poliéster, como se explicó anteriormente. Cuando este MDI se expone a la luz ultravioleta, sufre una reacción de oxidación que provoca el amarilleamiento. La luz posee una "energía de disociación de enlaces", y esta energía provoca la ruptura o separación de los enlaces del TPU, lo que causa el amarilleamiento. Sin embargo, en Mexpolimeros, la resistencia del TPU a la hidrólisis y al amarilleamiento se ha mejorado mediante la composición y mezcla de materias primas. Por ejemplo, se ha demostrado que la resistencia a la hidrólisis se puede mejorar añadiendo estabilizadores a las materias primas, y la resistencia al amarilleamiento se puede aumentar cambiando las materias primas de poliol.

Comparación de la resistencia microbiana

Los poliuretanos termoplásticos de poliéter blandos o rígidos y los poliuretanos termoplásticos de poliéter o rígidos normalmente están protegidos del ataque microbiano cuando están en contacto con suelo húmedo durante un tiempo prolongado.

Deterioro microbiológico

Una de las principales ventajas de los polímeros sintéticos sobre los materiales poliméricos naturales, como la celulosa o el cuero, es su resistencia al ataque bacteriano o fúngico. Por lo tanto, los materiales sintéticos son, en general, más permanentes. Sin embargo, algunos polímeros sintéticos son susceptibles a la degradación biológica y es fundamental conocer, desde el punto de vista de las aplicaciones, qué polímeros son los más susceptibles en un entorno biológico. Los poliuretanos, en particular, parecen ser susceptibles al ataque microbiano, aunque los poliuretanos de poliéter son más resistentes a la degradación biológica que los poliuretanos de poliéster. Los mecanismos precisos de estas degradaciones no se comprenden completamente. El polietileno, el polipropileno, los polifluorocarbonos, las poliamidas, los policarbonatos y muchos otros sistemas poliméricos parecen ser resistentes al ataque biológico.

Resistencia a medios específicos

Los poliuretanos termoplásticos presentan una respuesta muy variable a diferentes medios. A continuación, se ofrece una descripción general de su respuesta a diversas categorías.

Ácidos y soluciones alcalinas

Los ácidos y las soluciones alcalinas concentradas atacan y descomponen los productos MEXPUR, incluso a temperatura ambiente. MEXPUR muestra una resistencia muy limitada a los ácidos y a las soluciones alcalinas en bajas concentraciones.

Hidrocarburos saturados

Los TPU se hinchan ligeramente en hidrocarburos saturados como el gasóleo, el isooctano, el éter de petróleo y el queroseno. Esta reacción puede provocar una disminución del 20 al 30 % en su resistencia al desgarro. Los productos más flexibles se hinchan en mayor medida que los rígidos, pero esta hinchazón es reversible.

Hidrocarburos aromáticos

Los hidrocarburos aromáticos como el benceno y el tolueno provocan una hinchazón pronunciada y una reducción de las propiedades mecánicas, incluso a temperatura ambiente.

Aceites y grasas lubricantes

Los TPU son estables, incluso a altas temperaturas (hasta 100 °C, según su dureza), en contacto con los aceites de prueba ASTM 1, IRM-902 e IRM-903. Sin embargo, muchos de los lubricantes empleados en la práctica contienen aditivos que dañan el TPU. Por ello, las pruebas de inmersión son esenciales. Los jabones metálicos, en particular, tienden a producir reacciones críticas.

Disolventes

Los alcoholes alifáticos, como el etanol y el isopropanol, provocan una ligera hinchazón del TPU. El TPU se hincha notablemente en cetonas como la acetona, la metil etil cetona (MEK) y la ciclohexanona, así como en ésteres alifáticos como el acetato de etilo y el acetato de butilo. Los disolventes orgánicos polares como la dimetilformamida (DMF), el dimetilsulfóxido (DMSO), la N-metilpirrolidona y el tetrahidrofurano (THF) disuelven el TPU. Los poliuretanos termoplásticos presentan una respuesta muy variable a diferentes medios. Aquí les presentamos un resumen de su respuesta general a varias categorías.

Resistencia microbiana

En condiciones desfavorables (clima cálido, alta humedad, contacto con el suelo), el TPU flexible a base de poliéster puede ser atacado y descompuesto por hongos y bacterias. Los enlaces éster se rompen por acción de las enzimas de los microorganismos, dando lugar a componentes de bajo peso molecular. Este tipo de ataques suele manifestarse como decoloración y la posterior formación de grietas en las zonas de las piezas sometidas a carga mecánica. Se puede lograr cierta protección mediante la adición de microbicidas. Los enlaces poliéter, en cambio, están mejor preparados para resistir las enzimas microbianas. Los poliuretanos termoplásticos a base de poliéter y el TPU rígido de poliéster son intrínsecamente resistentes a los ataques microbianos.

Resistencia a la hidrólisis

A altas temperaturas y con alta humedad, los TPU flexibles a base de poliéster presentan cierta susceptibilidad a la hidrólisis. Las moléculas de agua rompen los grupos éster, lo que reduce considerablemente el peso molecular y, por consiguiente, las propiedades mecánicas. En la práctica, los TPU flexibles de poliéster rara vez fallan. Todos nuestros grados MEXPUR de uso general contienen estabilizadores eficaces; Sin embargo, estos no son requisitos para los grados de éter.

Radiación UV

Al igual que todos los polímeros, los TPU son atacados por la radiación UV. En el caso de productos de uso general, la exposición a la radiación UV provoca un amarilleamiento evidente en la superficie; sin embargo, prácticamente no se produce deterioro en las propiedades mecánicas. Los TPU basados en diisocianatos alifáticos no presentan amarilleamiento debido a la radiación UV.

El grado de amarilleamiento y el deterioro de las propiedades mecánicas pueden reducirse considerablemente mediante la adición de estabilizadores de luz adecuados. Existen grados de MEXPUR que ya contienen estos agentes, así como masterbatches que pueden añadirse según sea necesario. Durante las pruebas de envejecimiento prolongadas, los fenómenos de degradación debidos a la radiación UV y la hidrólisis pueden superponerse.

Radiación de alta energía

MEXPUR presenta una excelente resistencia a la radiación α, β y γ.

Resistencia al ozono

La resistencia al ozono de un material es fundamental en la industria del caucho, ya que un gran número de elastómeros contienen enlaces dobles, que pueden romperse por el ozono debido a su fuerte efecto oxidante. Los grados MEXPUR presentan una excelente resistencia al ozono. No se observa fragilización. La resistencia al ozono de un material es fundamental en la industria del caucho, ya que muchos elastómeros contienen enlaces dobles que pueden romperse por la acción del ozono, debido a su fuerte efecto oxidante. Los grados MEXPUR presentan una excelente resistencia al ozono. No se observa fragilización.