6.3.5 - Aplicações dos TPUs

As principais aplicações dos TPU’s são em laminação, mangueiras, calçados, partes automotivas, e outras.

Indústria automotiva - Os TPUs são usados na indústria automotiva devido às elevadas propriedades mecânicas, resistência ao envelhecimento, óleos e graxas, facilidade de pintura, e o bom retorno à forma original após deformação. Peças podem ser produzidas com módulo de Young superior a 2.000 Mpa. Partes exteriores e interiores de automóveis podem ser moldadas por injeção de TPU puro, TPU reforçado com manta e fibra de vidro e blenda de TPU e policarbonato. Painéis laterais facilmente pintados, duráveis e com alta estabilidade dimensional, são produzidos com TPU reforçado com fibra de vidro. Outras aplicações automotivas incluem: coifas dos sistemas de suspensão, frisos, suportes e gaxetas para componentes do volante e sistemas de transmissão e direção, tubos, prendedores e selantes para anéis da porta.

Calçados - São usados em calçados de alto desempenho e solados esportivos com diferentes graus de dureza, cores variadas ou transparentes, e em diversas outras aplicações como arcabouços de patins, solados esportivos com trava, parte superior de saltos, botas de esqui, etc. As chuteiras de futebol, produzidas com TPU's a base de poliol poliéster, com dureza entre 85 e 90 Shore A, possuem excelente resistência à abrasão e ao rasgo. Os materiais externos das botas de esqui, também são TPU's devido às propriedades em baixas temperaturas, como resistência à abrasão, rasgo, dobras e impacto. TPU's são ainda usados nas botas de hóquei no gelo, que com as de esqui, necessitam resistência ao impacto, em baixas temperaturas.

Mangueiras e tubos - Mangueiras e tubos flexíveis são feitos com TPU's, devido à alta resiliência e flexibilidade, em largas faixas de temperatura, bem como resistência à abrasão, ao rasgo e a quebra. O alto alongamento, a resistência à hidrólise e micróbios e as altas propriedades mecânicas são ideais para o revestimento interno de mangueiras de incêndio, mais leves, fáceis de operar e alta durabilidade. Tubos revestidos com TPU's são usados no transporte de areia e pedras, devido à resistência à abrasão e ao rasgo.

Eletro & Eletrônica - Além da resistência à abrasão, hidrólise e ataque microbiológico, os TPU's mantêm a flexibilidade em temperaturas abaixo de zero e suportam temperaturas extremamente altas, evitando o risco de incêndio, sendo usados como material para revestimento, com resistência ao fogo direto. No revestimento de cabos resulta em proteção segura e durável para cabos e conexões.

Filmes e folhas - Folhas e filmes de TPU's podem ser extrudadas em espessuras variando de poucos a vários milímetros, com resistência à abrasão, furos e rasgo, combinada com alta elasticidade e adesão, e são usados em correias transportadoras com excelente resistência a abrasão. Podem ser pigmentados em qualquer cor. Dependendo do TPU, estas correias podem ser utilizadas com alimentos secos, aquosos ou gordurosos. TPU's especiais atendem as normas para contato com alimentos da Alemanha (BGA) e EUA (FDA). TPU's têm baixa permeabilidade ao ar e são usadas em diversas outras aplicações, como: partes ocas coladas, laminação têxtil, coberturas protetoras, selagem de espumas e revestimentos resistentes à abrasão.

6.3.6 - Misturas poliméricas

Uma mistura polimérica termodinamicamente miscível é aquela que tem uma fase com uma única temperatura de transição vítrea. Misturas imiscíveis tornam-se compatíveis, quando duas ou mais fases, com múltiplas temperaturas de transição vítrea, apresentam adesão interfacial. Esta adesão pode ser obtida por copolimerização, graftização ou mistura mecânica. A mistura aos TPU's de polímeros como: poli(acrilonitrila-butadieno-estireno) (resina ABS), poli(estireno-acrilonitrila) (resina SAN), poliestireno, poli(etileno-acetato de vinila) (EVA), poli(metacrilato de metila), poliolefinas, poli(cloreto de vinila) (PVC), policarbonato, etc. possibilita a formulação de novos materiais sem novas estruturas. Os polímeros apolares, como as borrachas de butadieno, isopreno e EPDM e as poliolefinas são pouco compatíveis com os TPU's. Exceto com as resinas apolares, os TPU's podem ser misturados a muitas outras em diferentes proporções e em temperaturas inferiores a 280oC.

TPU como menor componente - Neste caso o TPU atua como modificador. Especialmente os tipos macios são utilizados para modificar plásticos de alto módulo, como resinas de poliéster insaturado, epoxídicas, poli(oximetileno) ou poli(butileno) tereftalato. O maior ganho com a adição de pequenas quantidades de TPU's é o aumento da resistência ao impacto e flexibilidade em baixas temperaturas, sem perda de propriedades. TPU's são também usados como plastificante não volátil e não migrável para PVC, no qual é totalmente miscível.

TPU em igual proporção - Misturas de quantidades iguais de TPU's com outros termoplásticos normalmente resultam em propriedades mecânicas adicionais. Exemplos são: TPU/policarbonato: a adição de policarbonato resulta em maior módulo e as blendas exibem excelentes propriedades de processamento adequadas a industria automotiva; TPU/ABS: Estas duas resinas podem ser misturadas em qualquer proporção. O aumento da quantidade de ABS resulta em maior módulo e menor resistência à abrasão e ao rasgo. As blendas oferecem vantagens econômicas, devido ao menor preço do ABS. Misturas de copolímeros como estireno e anidrido maleico ou estireno e maleimidas, com TPU's exibem maior resistência ao impacto e temperatura Vicat mais elevada. São comparáveis as TPU/ABS, as blendas de TPU com copolímeros: de estireno, ácido metacrílico e alcadienos; os de estireno com acrilonitrila ou ésteres metacrílicos; e os elastoméricos de estireno, butadieno e acrilonitrila ou metacrilato de metila; A mistura ternária TPU/policarbonato/ABS, possui processabilidade e resistência a óleo e a TPU/policarbonato/poli(tereftalato de butileno) exibe menor fadiga ao frio e resistência a solventes.

TPU como maior componente - ABS é usado como modificador de impacto em TPU's de alto módulo ou compatibilizador de fase em TPU a base de poliéter. Polímeros acrílicos aumentam a processabilidade, e sais neutros de copolímeros etileno/ácido acrílico aumentam a processabilidade na moldagem por sopro. Geralmente os grupos iônicos atuam como agentes compatibilizantes, em resinas apolares. Blendas de tipos duros e macios são usadas para obtenção de TPU's com dureza média, ou para melhorar a processabilidade. Estas misturas são usadas em produtos com carga. TPU's à base de poliéster e poliéter são misturados para obtenção de propriedades específicas. Mistura de TPU's com índices de fusão intrínsecos e durezas diferentes, melhora as propriedades desmoldantes e reduz obstruções nas operações de moldagem por sopro.

6.4 - Moagem & vulcanização

Os elastômeros de PU, processados por moagem seguida de vulcanização, possuem propriedades físico-químicas comparáveis às dos moldados por vazamento ou termoplásticos, porém, utilizam a tecnologia tradicional das borrachas naturais ou sintéticas. A primeira etapa do método de processamento é a preparação de um PU de alta viscosidade, em moinho de rolo ou em misturador tipo Banbury, onde é misturado com aditivos e convertido em um composto vulcanizável. Em comparação com as borrachas tradicionais, os elastômeros moíveis de PU tem um menor peso molecular. Em contraste com os outros, estes elastômeros são produzidos pela reação de polióis com uma deficiência estequiométrica de poliisocianato. A escolha do poliol determina as propriedades físico-químicas como flexibilidade à baixa temperatura, características de inchamento, resistência à hidrólise, etc. Os isocianatos mais usados são o TDI e MDI. Os extensores de cadeia são selecionados de modo a desempenhar uma função especial nos sistemas de vulcanização. Para a vulcanização com enxofre, utiliza-se um composto hidroxilado que contenha dupla ligação na sua estrutura.

Sistemas de vulcanização - Uma borracha tradicional possui um alto teor de insaturações que permite variadas formas de vulcanização. Nos elastômeros de PU moíveis as insaturações estão distribuídas na estrutura macromolecular, e sua concentração deve ser limitada (4 a 6%) para evitar decréscimo das propriedades elásticas. Os éteres mono-alílicos da glicerina e do trimetilol propano são os compostos de baixo peso molecular mais utilizados para introduzir insaturações nas cadeias macromoleculares dos elastômeros moíveis de PU. Polióis insaturados como o polibutadieno líquido hidroxilado também podem ser utilizados. Os elastômeros saturados moíveis de PU fabricados com MDI podem ser vulcanizados com peróxido. Na cura dos elastômeros de PU fabricados com MDI podem ser utilizados peróxidos, como o de dicumila e cumila-t-butila. Neste caso, a formação de ligações cruzadas ocorre, possivelmente, pela formação de radical livre no grupo metileno do MDI.

Na vulcanização com enxofre ou peróxido ocorre a formação de ligações cruzadas, como nas borrachas tradicionais. O número de grupos uretânicos, que formam pontes de hidrogênio e contribuem para um aumento de propriedades como módulo, tensão de ruptura, resistência à abrasão e outras, não é muito grande. Para muitas aplicações, como nas borrachas tradicionais, são utilizadas cargas reforçantes como negro de fumo, para melhorar as propriedades dos elastômeros moíveis de PU. Na vulcanização com isocianato, a borracha moível de PU, com baixo peso molecular e alto teor de grupos uretânicos é convertida em elastômeros de PU de alto peso molecular, pela reação das hidroxilas terminais com isocianato e também pela formação de estruturas alofanato e biureto. Geralmente utiliza-se o dímero do 2,4-toluenodiisocianato. A seguir mostramos alguns sistemas de vulcanização (Tabela 6.5).

7.1 Adesivos de poliuretano