Chemisch-physikalische Struktur

Ein weit verbreitetes TPU ist Desmopan®, ein mehrphasiges Block-Copolymer, das in einer sorgfältig koordinierten Polyadditionsreaktion selektiv hergestellt wird, bei der drei grundlegende Rohstoffe involviert sind: ein Polyol (oder langkettiges Diol), ein kurzkettiges Diol – auch bekannt als Kettenverlängerer – und ein Diisocyanat.

Die in dieser Reaktion verwendeten Polyole sind in der Regel Polyester, Polyether oder Polycarbonat-Diole mit einem Molekulargewicht zwischen 1000 und 4000. Einige geläufige kurzkettige Diole sind Butan-Diol, Hexan-Diol oder auch aromatische Diole. Als Diisocyanat werden üblicherweise Methylenediphenylisocyanate (MDI) oder Hexamethylendiisocyanat (HDI) verwendet. MDI oder HDI verbinden die einzelnen Diole miteinander.Diese Verbindung wird auch „Urethan“ gennant. Die Häufigkeit der Urethan-Verbindungen in langkettigen Polymer- Molekülen verleiht dem Material den Namen „Polyurethan“.

Ein TPU besteht aus mehreren Segmenten. Segmente die aus einem langkettigen Diol und einem Isocyanat bestehen sind sogenannte flexible Segmente und werden auch Weichsegmente gennant. Die Weichsegmente sind für die chemischen Eigenschaften des Materials sowie für seine Widerstandsfähigkeit gegenüber der Hydrolyse, Mikroorganismen und Chemikalien verantwortlich.

Die Blöcke aus dem kurzkettigen Kettenverlängerer und dem Isocyanat werden festes Segment oder auch Hartsegment genannt. Die größe und Verteilung der Hartsegmente bestimmen den Schmelzpunkt und das Erstarrungsverhalten des TPUs sowie die Wärmeformbeständigkeit.

Die Form und die Verteilung der einzelnen Segmente sind letzendlich die primären Bestimmungsfaktoren der Anwendungs- und Verarbeitungseigenschaften eines TPUs.

Die Materialeigenschaften eines TPU werden durch das Herstellungsverfahren beeinflusst. Die Blockgröße und die Verteilung der einzelnen Segmente in einem TPU kann über die Reaktionsbedingungen kontrolliert werden, beispielsweise über die Reihenfolge und die Intensität, mit der die Rohmaterialien gemischt werden, sowie die Mischtemperatur. Durch das Mengenverhältnis von festen und flexiblen Segmenten kann die Härte sehr stark variieren (60 Shore A bis 85 Shore D).

Das Gleiche gilt für die Moduli bei mechanischen Tests (1 – 2000 MPa). Die Kettenlänge des TPU-Polymers kann über den Anteil an Diisocyanat im Verhältnis zur Gesamtmenge an Diolen reguliert werden. Für TPU kann eine Molekülmasse zwischen 20.000 und 150.000 Mn erreicht werden.