Vật
liệu đàn hồi polyurethane nhiệt dẻo (TPUs) là vật liệu đàn hồi đầu tiên có thể gia
công như nhựa nhiệt dẻo. Sự phát triển của chúng đóng góp vào sự phát triển
chung của vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo.
Polyurethane
được phát hiện lần đầu tiên bởi nhóm nghiên cứu của Otto Bayer, Đức. Những nghiên
cứu phát triển sau đó đã cải thiện đáng kể tính năng của vật liệu đàn hồi polyurethane.
Chúng gồm 3 thành phần cơ bản: diol có khối lượng phân tử cao (loại polyester
hoặc polyether), chất kéo dài chuỗi (nước, diol có khối lượng phân tử thấp) và diisocyanate
(naphthalene-1,5-diisocyanate, NDI). Vật liệu đàn hồi polyurethane này không phải
là vật liệu nhiệt dẻo vì nhiệt độ nóng chảy của chúng cao hơn nhiệt độ phân hủy
liên kết urethane. Ghi nhận đầu tiên về TPUs bắt đầu từ năm 1958 sau khi NDI được
thay thế bằng diphenylmethane-4, 4-diisocyanate (MDI).
Tính
dẻo đàn hồi của TPUs là kết quả của cấu trúc phân tách pha. Đoạn cứng được hình
thành bởi sự cộng chất kéo dài mạch, như butadiene diol, vào isocyanate (MDI).
Đoạn mềm gồm các chuỗi polyether hoặc polyester uốn dẻo được gắn với hai đoạn cứng.
Hai đoạn không tương thích ở nhiệt độ phòng, điều này dẫn đến sự phân tách vi
pha. Khi vật liệu được gia nhiệt trên nhiệt độ nóng chảy của đoạn cứng, polymer
trở thành dạng nóng chảy nhớt có thể gia công như chất dẻo (ép đùn, đúc khuôn
tiêm). Khi nhiệt độ hỗn hợp giảm xuống, sự phân tách pha lại xảy ra do sự phục
hồi của các đoạn cứng, polymer lại duy trì tính đàn hồi của nó.
Để
đạt được tính dẻo đàn hồi, các nhóm chức trung bình của nguyên liệu phản ứng
ban đầu nên gần 2, tương ứng với mỗi prepolymer và monomer có hai nhóm chức cuối
mạch, giúp hình thành các chuỗi thẳng, dài không có hoặc chỉ có một vài điểm
phân nhánh.
Tham khảo từ tài liệu
Handbook of Thermoplastic Elastomers, Jiri
George Drobny, William Andrew, 2007, trang 215 - 216
(vtp-vlab-caosuviet)
