Przegląd elastomerów termoplastycznych

Przegląd elastomerów termoplastycznych…

Choć światowa produkcja polimerów zdominowana jest przez poliolefiny (polietylen i polipropylen) oraz polichlorek winylu, politereftalan etylenu, poliuretany i polistyren, to na rynku znalazło się jeszcze miejsce dla polimerów łączących w pewnym przedziale temperatury cechy usieciowanych chemicznie kauczuków z łatwością przetwarzania i recyklingu termoplastów, które nazwano elastomerami termoplastycznymi (TPE - ang. thermoplastic elastomers).

Prace badawcze nad materiałami termoplastycznymi posiadającymi również właściwości elastyczne rozpoczęto już w latach 30-tych XX w., kiedy to w firmie B.F. Goodrich opracowano metodę plastyfikacji polichlorku winylu (PVC). Wynalazek ten doprowadził z kolei do produkcji mieszanin PVC i kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego, które przy właściwym doborze składników w wyglądzie i dotyku przypominały gumę. Tego typu surowce są znane i stosowane także dzisiaj.

Przełom nastąpił w 1937 r. wraz z odkryciem poliaddycji - tu reakcji diizocyjanianów z glikolami - i rozwojem produkcji elastycznych poliuretanów przez firmy DuPont i ICI.

Powszechnie uważa się jednak, że narodziny TPE to wynalazek i komercjalizacja termoplastycznych poliuretanów przez B.F. Goodrich Co. w 1959 r. - Polyuretane VC. W następstwie rozwoju prac badawczych, w latach 60-tych firma Shell Chemical Company wprowadziła na rynek styrenowe kopolimery blokowe (SBS, SIS), a E.I. DuPont Company - kopoliestry. W latach 70-tych XX w. firma Uniroyal uruchomiła produkcję termoplastycznych poliolefin (TPO). W 1981 r. w Monsanto Chemical Company zaczęto wytwarzać termoplastyczne wulkanizaty (TPE-V) oparte o mieszaniny (''stopy'') kauczuku etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM) i polipropylenu, a w 1982 r. firma Atochem opracowała kopolimery blokowe poliamidów.

Na podstawie własnych prac prowadzonych we wczesnych latach 80-tych, koncern DuPont doprowadził do komercjalizacji kauczuków przetwarzanych w stanie stopionym (MPR), oferowanych pod handlową nazwą Alcryn. W latach 90-tych i po roku 2000 miało miejsce wiele nowych osiągnięć. Opracowano m.in. termoplastyczne elastojonomery (TPE-EI), które wytwarza się z mieszanin jonomerycznych plastomerów z karboksylowanymi lub sulfonowanymi kauczukami, usieciowanych międzyfazowo tlenkami metali. Trwają też badania nad biodegradowalnymi elastomerami termoplastycznymi z udziałem np. polilaktydu. Na rynku pojawiają się także elastomery termoplastyczne oparte na surowcach pochodzenia biologicznego, takich jak skrobia, olej rycynowy i rzepakowy, poliole z olejów roślinnych i kwasów tłuszczowych, olej kukurydziany i sojowy.

Jak wynika z danych zawartych w bazie ScienceDirect, tylko na przestrzeni ostatnich 20 lat napisano ok. 5 tys. artykułów na temat TPE. Firmy chemiczne rozszerzyły portfolio o nowe produkty - w bazie materiałowej Omnexus pod hasłem ''TPE/TPV'' odnaleźć można ich ponad 19 tys. Wśród głównych producentów elastomerów termoplastycznych znajdują się: Teknor Apex, Kraiburg, RTP Company, DSM, DuPont, Avient (wcześniej PolyOne), API, KRATON, Hexpol Compounding.

Jak każdy materiał, elastomery termoplastyczne mają zalety, jak i słabe strony. Do zalet TPE zaliczyć można:

  • prostsze przetwarzanie, mniejsze zużycie energii i niższe koszty gotowej części, dzięki krótszym czasom produkcji w porównaniu do wyrobów wykonywanych z klasycznych mieszanek kauczukowych
  • łatwe formowanie wyrobów wielokomponentowych, np. zawierających szkielet z materiałów olefinowych takich jak PP, bez użycia klejów
  • mniejszą ilość odpadów, a także możliwość ich powtórnego przetworzenia
  • bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne
  • odporność na działanie olejów i zmiany temperatury (w ściśle określonym zakresie)
  • niską przepuszczalność
  • możliwość barwienia i produkcji przedmieszek o różnych stopniach twardości.

Niestety, podobnie jak tworzywa termoplastyczne, TPE nie są odporne na działanie wysokiej temperatury, co ogranicza ich stosowanie. Chwilowe przekroczenie zadanego progu temperaturowego prowadzi do trwałej deformacji. Należy pamiętać, że wyroby wykonane z TPE nie są odporne na działanie węglowodorów aromatycznych. TPE są też wrażliwe na naprężenia ścinające w trakcie przetwórstwa.

Elastomery termoplastyczne można podzielić na 6 grup, szeregując je wg ceny i zapotrzebowania:

  • styrenowe kopolimery blokowe (SBC lub TPE-S)
  • elastomery poliuretanowe (TPU lub TPE-U)
  • wulkanizaty termoplastyczne (TPV, TPE-V) lub inaczej mieszaniny elastomer/termoplast (EA - ang. elastomeric alloys)
  • termoplastyczne poliolefiny (TPO lub TPE-O)
  • kopolimery poliestrowe (COPE lub TPEE lub TPE-E)
  • blokowe kopolimery amidowo-eterowe (COPA lub PEBA lub TPE-A).


Reportaże

Forum