Modificación de mezcla de TPU y PVC (Parte I)

El poliuretano termoplástico (TPU) se puede mezclar efectivamente con muchos polímeros, entre los cuales se ha estudiado ampliamente el cloruro de polivinilo (PVC). Combinar TPU con PVC puede reducir significativamente los costos de producción y mejorar el retraso de la llama de TPU. Si bien los inconvenientes más grandes de PVC son su pobre estabilidad del calor y su elasticidad limitada de baja temperatura, la combinación con TPU ayuda a superar estas limitaciones, lo que permite una mejora de la propiedad complementaria entre los dos materiales.

Beneficios de mezclar TPU con PVC

Combinar PVC en TPU no solo reduce los costos, sino que también proporciona múltiples mejoras de rendimiento:

• Ajusta la dureza general de la mezcla.

• Mejora la procesabilidad de la TPU y la resistencia al agua.

• Mejora el retraso de la llama, la resistencia al calor y la resistencia a la intemperie.

• Reduce el coeficiente de fricción.

Por ejemplo, el cuero sintético TPU/PVC se beneficia del acabado superficial limpio de TPU, resistencia a los ácidos, álcalis y solventes, y su apariencia natural en forma de cuero, combinada con la ventaja de menor costo de PVC.

Por qué TPU y PVC son compatibles

TPU y PVC exhiben una buena compatibilidad debido a sus parámetros de solubilidad similares y su naturaleza polar. Ambos son polímeros polares, y sus estructuras moleculares permiten interacciones:

• Los átomos de cloro polar en PVC pueden formar enlaces de hidrógeno con los átomos de hidrógeno amino en las cadenas de TPU, mejorando la compatibilidad de la mezcla.

• El grado de compatibilidad también está influenciado por la estructura molecular de TPU y el grado de polimerización de PVC.

Efecto del tipo TPU en el rendimiento de la mezcla

La investigación muestra que:

• La TPU a base de poliéster generalmente logra una mejor compatibilidad con PVC, a menudo formando mezclas con una temperatura de transición de vidrio único (TG).

• La TPU a base de poliéter tiende a ser menos compatible con PVC durante la mezcla de fusión, que generalmente muestra dos valores de TG.

Las mezclas que usan TPU de poliéster superan a aquellos con TPU poliéter en términos de resistencia a la tracción y alargamiento en el descanso. Es probable que esta diferencia sea porque los enlaces éster en TPU de poliéster interactúan más fuertemente con PVC en comparación con los enlaces de éter.

Influencia de la relación TPU Hard/Soft Segment

La compatibilidad de TPU y PVC también se ve afectada por la relación de segmento duro/blando en TPU:

• El contenido de segmento duro más bajo en TPU mejora la compatibilidad de la mezcla.

• El tipo de segmento suave también es importante. Por ejemplo, la TPU que contiene policaprolactona diol (PCL) como el segmento blando a niveles de contenido de 40%, 60% y 80% combinan bien con PVC, mientras que un contenido de 20% no lo hace.

Además, el PVC de alta polimerización (HPVC) combina de manera menos efectiva con TPU que PVC de polimerización media. La unión similar a la hidrógeno ocurre entre los grupos amino de TPU (–NH–) y los átomos de cloro de PVC (–Cl), lo que respalda la compatibilidad.

Es importante destacar que las mejores propiedades mecánicas no siempre ocurren en mezclas totalmente compatibles. La mezcla a temperaturas donde los segmentos duros de TPU se derriten parcialmente pueden producir mezclas parcialmente compatibles con una resistencia mecánica superior.

Propiedades mecánicas en diferentes relaciones TPU/PVC

• Dureza: la dureza del PVC plastificado es similar a la TPU pura; Por lo tanto, combinar diferentes relaciones TPU no cambia significativamente la dureza.

• Resistencia a la tracción: a un contenido de TPU más bajo (con TPU como la fase dispersa), las mezclas muestran una mayor resistencia a la tracción que la TPU pura. A medida que aumenta el contenido de TPU y se convierte en la fase continua, la resistencia a la tracción tiende a disminuir ligeramente.

• Relación óptima: en una relación TPU/PVC de 90/10, donde TPU forma la fase continua con PVC limitado, la mezcla logra la mayor resistencia a la tracción entre todas las relaciones probadas.

• Resistencia a la separación: TPU inherentemente tiene una buena resistencia a la lágrima, y la resistencia a la rotura de las mezclas de TPU/PVC generalmente cae entre la de PVC plastificada y TPU puro.

Conclusión

Combinar TPU con PVC es un método de modificación efectivo y ampliamente adoptado para reducir los costos del material y mejorar el retraso de la llama, al tiempo que aprovecha las resistencias complementarias de cada material. Con una cuidadosa selección del tipo TPU, la composición del segmento suave y las relaciones de mezcla óptimas, los fabricantes pueden lograr mezclas de TPU/PVC con rendimiento mecánico equilibrado, procesabilidad y eficiencia de rentabilidad.

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