থার্মোপ্লাস্টিক পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার কী?

থার্মোপ্লাস্টিক পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার কী?

পলিউরেথেন ইলাস্টোমার হলো পলিউরেথেন সিন্থেটিক উপাদানের একটি প্রকারভেদ (এর অন্যান্য প্রকারভেদের মধ্যে রয়েছে পলিউরেথেন ফোম, পলিউরেথেন আঠা, পলিউরেথেন কোটিং এবং পলিউরেথেন ফাইবার), এবং থার্মোপ্লাস্টিক পলিউরেথেন ইলাস্টোমার হলো তিন প্রকার পলিউরেথেন ইলাস্টোমারের মধ্যে একটি, যা সাধারণত টিপিইউ (TPU) নামে পরিচিত (পলিউরেথেন ইলাস্টোমারের অন্য দুটি প্রধান প্রকার হলো কাস্ট পলিউরেথেন ইলাস্টোমার, যা সিপিইউ (CPU) নামে সংক্ষেপে পরিচিত, এবং মিক্সড পলিউরেথেন ইলাস্টোমার, যা এমপিইউ (MPU) নামে সংক্ষেপে পরিচিত)।

টিপিইউ হলো এক প্রকার পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার যা তাপ প্রয়োগে প্লাস্টিকাইজড হয় এবং দ্রাবক দ্বারা দ্রবীভূত হয়। সিপিইউ এবং এমপিইউ-এর তুলনায়, টিপিইউ-এর রাসায়নিক গঠনে রাসায়নিক ক্রস-লিঙ্কিং খুব কম বা একেবারেই থাকে না। এর আণবিক শৃঙ্খল মূলত রৈখিক, তবে এতে নির্দিষ্ট পরিমাণে ভৌত ক্রস-লিঙ্কিং বিদ্যমান। এটিই সেই থার্মোপ্লাস্টিক পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার যার গঠন অত্যন্ত বৈশিষ্ট্যপূর্ণ।

টিপিইউ-এর গঠন ও শ্রেণিবিন্যাস

থার্মোপ্লাস্টিক পলিইউরেথেন ইলাস্টোমার হলো একটি (AB) ব্লক লিনিয়ার পলিমার। A হলো একটি উচ্চ আণবিক ভরবিশিষ্ট পলিমার পলিওল (এস্টার বা পলিইথার, আণবিক ভর ১০০০~৬০০০), যাকে দীর্ঘ শৃঙ্খল বলা হয়; B হলো ২-১২টি সরল শৃঙ্খল কার্বন পরমাণুযুক্ত একটি ডাইওল, যাকে স্বল্প শৃঙ্খল বলা হয়।

থার্মোপ্লাস্টিক পলিইউরেথেন ইলাস্টোমারের গঠনে, A সেগমেন্টকে সফট সেগমেন্ট বলা হয়, যার মধ্যে নমনীয়তা ও কোমলতার বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা TPU-কে প্রসারণশীলতা প্রদান করে; B সেগমেন্ট এবং আইসোসায়ানেটের মধ্যে বিক্রিয়ার ফলে উৎপন্ন ইউরেথেন চেইনকে হার্ড সেগমেন্ট বলা হয়, যার মধ্যে অনমনীয় ও কঠিন উভয় বৈশিষ্ট্যই বিদ্যমান। A এবং B সেগমেন্টের অনুপাত সমন্বয় করে বিভিন্ন ভৌত ও যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন TPU পণ্য তৈরি করা হয়।

সফট সেগমেন্টের গঠন অনুসারে, একে পলিয়েস্টার টাইপ, পলিইথার টাইপ এবং বিউটাডাইন টাইপে ভাগ করা যায়, যেগুলিতে যথাক্রমে এস্টার গ্রুপ, ইথার গ্রুপ বা বিউটিন গ্রুপ থাকে। হার্ড সেগমেন্টের গঠন অনুসারে, একে ইউরেথেন টাইপ এবং ইউরেথেন ইউরিয়া টাইপে ভাগ করা যায়, যা যথাক্রমে ইথিলিন গ্লাইকল চেইন এক্সটেন্ডার বা ডায়ামিন চেইন এক্সটেন্ডার থেকে পাওয়া যায়। প্রচলিত শ্রেণিবিন্যাস অনুযায়ী একে পলিয়েস্টার টাইপ এবং পলিইথার টাইপে ভাগ করা হয়।

টিপিইউ সংশ্লেষণের কাঁচামালগুলো কী কী?

(1) পলিমার ডায়োল

৫০০ থেকে ৪০০০ আণবিক ওজন এবং দ্বি-কার্যকরী গ্রুপযুক্ত ম্যাক্রোমলিকিউলার ডাইওল, যা টিপিইউ ইলাস্টোমারের মধ্যে ৫০% থেকে ৮০% পরিমাণে থাকে, টিপিইউ-এর ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণে একটি নির্ণায়ক ভূমিকা পালন করে।

টিপিইউ ইলাস্টোমারের জন্য উপযুক্ত পলিমার ডাইওলকে পলিয়েস্টার এবং পলিইথারে ভাগ করা যায়: পলিয়েস্টারের মধ্যে রয়েছে পলিটেট্রামেথিলিন অ্যাডিপিক অ্যাসিড গ্লাইকল (পিবিএ), পিসিএল, পিএইচসি; পলিইথারের মধ্যে রয়েছে পলিঅক্সিপ্রোপিলিন ইথার গ্লাইকল (পিপিজি), টেট্রাহাইড্রোফিউরান পলিইথার গ্লাইকল (পিটিএমজি) ইত্যাদি।

(2) ডাইআইসোসায়ানেট

এর আণবিক ওজন কম হলেও এর কার্যকারিতা অসামান্য, যা কেবল সফট সেগমেন্ট এবং হার্ড সেগমেন্টকে সংযুক্ত করার ভূমিকাই পালন করে না, বরং টিপিইউ-কে বিভিন্ন উত্তম ভৌত ও যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যও প্রদান করে। টিপিইউ-তে ব্যবহারযোগ্য ডাইআইসোসায়ানেটগুলো হলো: মিথিলিন ডাইফিনাইল ডাইআইসোসায়ানেট (MDI), মিথিলিন বিস (-৪-সাইক্লোহেক্সাইল আইসোসায়ানেট) (HMDI), পি-ফিনাইলডাইআইসোসায়ানেট (PPDI), ১,৫-ন্যাফথালিন ডাইআইসোসায়ানেট (NDI), পি-ফিনাইলডাইমিথাইল ডাইআইসোসায়ানেট (PXDI), ইত্যাদি।

(3) চেইন এক্সটেন্ডার

১০০~৩৫০ আণবিক ওজনবিশিষ্ট চেইন এক্সটেন্ডার, যা ক্ষুদ্র আণবিক ডাইওল শ্রেণীর অন্তর্ভুক্ত, কম আণবিক ওজন, মুক্ত শৃঙ্খল কাঠামো এবং কোনো প্রতিস্থাপক গ্রুপ না থাকার কারণে টিপিইউ-এর উচ্চ কাঠিন্য এবং উচ্চ স্কেলার ওজন অর্জনে সহায়ক। টিপিইউ-এর জন্য উপযুক্ত চেইন এক্সটেন্ডারগুলোর মধ্যে রয়েছে ১,৪-বিউটেনডাইওল (বিডিও), ১,৪-বিস(২-হাইড্রোক্সিইথোক্সি)বেনজিন (এইচকিউইই), ১,৪-সাইক্লোহেক্সেনডাইমিথানল (সিএইচডিএম), পি-ফিনাইলডাইমিথাইলগ্লাইকল (পিএক্সজি) ইত্যাদি।

দৃঢ়কারক উপাদান হিসেবে টিপিইউ-এর পরিবর্তিত প্রয়োগ

পণ্যের খরচ কমাতে এবং অতিরিক্ত কার্যক্ষমতা অর্জনের জন্য, বিভিন্ন থার্মোপ্লাস্টিক ও পরিবর্তিত রাবার উপাদানকে শক্ত করতে বহুল ব্যবহৃত শক্তকারক পদার্থ হিসেবে পলিইউরেথেন থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমার ব্যবহার করা যেতে পারে।

এর উচ্চ পোলারিটির কারণে, পলিইউরেথেন পোলার রেজিন বা রাবারের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে, যেমন ক্লোরিনেটেড পলিইথিলিন (CPE), যা চিকিৎসা সামগ্রী তৈরিতে ব্যবহার করা যায়; ABS-এর সাথে মিশ্রণের মাধ্যমে এটি ইঞ্জিনিয়ারিং থার্মোপ্লাস্টিকের বিকল্প হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে; পলিকার্বোনেট (PC)-এর সাথে একত্রে ব্যবহার করলে, এতে তেল প্রতিরোধ, জ্বালানি প্রতিরোধ এবং আঘাত প্রতিরোধের মতো বৈশিষ্ট্য দেখা যায় এবং এটি গাড়ির বডি তৈরিতে ব্যবহার করা যেতে পারে; পলিয়েস্টারের সাথে মিলিত হলে এর দৃঢ়তা উন্নত করা যায়; এছাড়াও, এটি PVC, পলিঅক্সিমেথিলিন বা PVDC-এর সাথে ভালোভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে; পলিয়েস্টার পলিইউরেথেন ১৫% নাইট্রাইল রাবার বা ৪০% নাইট্রাইল রাবার/PVC মিশ্রণের সাথে ভালোভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে; পলিইথার পলিইউরেথেন ৪০% নাইট্রাইল রাবার/পলিভিনাইল ক্লোরাইড মিশ্রিত আঠার সাথেও ভালোভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে; এটি অ্যাক্রিলোনাইট্রাইল স্টাইরিন (SAN) কোপলিমারের সাথেও সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে পারে; এটি রিঅ্যাক্টিভ পলিসিলোক্সেনের সাথে ইন্টারপেনিট্রেটিং নেটওয়ার্ক (IPN) কাঠামো গঠন করতে পারে। উপরে উল্লিখিত মিশ্রিত আঠাগুলোর সিংহভাগই ইতিমধ্যে আনুষ্ঠানিকভাবে উৎপাদিত হয়েছে।

সাম্প্রতিক বছরগুলোতে চীনে TPU দ্বারা POM-কে আরও মজবুত করার বিষয়ে গবেষণা ক্রমশ বৃদ্ধি পাচ্ছে। TPU এবং POM-এর মিশ্রণ কেবল TPU-এর উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যই উন্নত করে না, বরং POM-কেও উল্লেখযোগ্যভাবে আরও মজবুত করে তোলে। কিছু গবেষক দেখিয়েছেন যে টেনসাইল ফ্র্যাকচার পরীক্ষায়, POM ম্যাট্রিক্সের তুলনায়, TPU সহ POM সংকর ধাতু ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার থেকে নমনীয় ফ্র্যাকচারে রূপান্তরিত হয়েছে। TPU-এর সংযোজন POM-কে শেপ মেমোরি পারফরম্যান্সও প্রদান করে। POM-এর ক্রিস্টালাইন অঞ্চলটি শেপ মেমোরি সংকর ধাতুর স্থির দশা (fixed phase) হিসেবে কাজ করে, যেখানে অ্যামরফাস TPU এবং POM-এর অ্যামরফাস অঞ্চলটি পরিবর্তনীয় দশা (reversible phase) হিসেবে কাজ করে। যখন পুনরুদ্ধার প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা ১৬৫ ℃ এবং পুনরুদ্ধারের সময় ১২০ সেকেন্ড হয়, তখন সংকর ধাতুটির পুনরুদ্ধারের হার ৯৫%-এর বেশি হয় এবং পুনরুদ্ধারের কার্যকারিতা সর্বোত্তম হয়।

টিপিইউ (TPU) পলিইথিলিন, পলিপ্রোপিলিন, ইথিলিন প্রোপিলিন রাবার, বিউটাডিন রাবার, আইসোপ্রিন রাবার বা বর্জ্য রাবার পাউডারের মতো নন-পোলার পলিমার উপকরণগুলির সাথে সহজে সামঞ্জস্যপূর্ণ হয় না এবং ভালো কর্মক্ষমতা সম্পন্ন কম্পোজিট তৈরিতে ব্যবহার করা যায় না। তাই, এই উপকরণগুলির জন্য প্রায়শই প্লাজমা, করোনা, ওয়েট কেমিস্ট্রি, প্রাইমার, ফ্লেম বা রিঅ্যাক্টিভ গ্যাসের মতো সারফেস ট্রিটমেন্ট পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, আমেরিকান এয়ার প্রোডাক্টস অ্যান্ড কেমিক্যালস কোম্পানি ৩-৫ মিলিয়ন আণবিক ওজনের আল্ট্রা-হাই মলিকিউলার ওয়েট পলিইথিলিন ফাইন পাউডারের উপর F2/O2 সক্রিয় গ্যাস সারফেস ট্রিটমেন্ট করেছে এবং এটিকে ১০% অনুপাতে পলিউরেথেন ইলাস্টোমারের সাথে যুক্ত করেছে, যা এর ফ্লেক্সারাল মডিউলাস, টেনসাইল স্ট্রেংথ এবং পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। এছাড়াও, F2/O2 সক্রিয় গ্যাস সারফেস ট্রিটমেন্ট ৬-৩৫ মিমি দৈর্ঘ্যের ডিরেকশনালি ইলোঙ্গেটেড শর্ট ফাইবারের উপরও প্রয়োগ করা যেতে পারে, যা কম্পোজিট উপাদানের স্টিফনেস এবং টিয়ার টাফনেস উন্নত করতে পারে।

টিপিইউ-এর প্রয়োগক্ষেত্রগুলো কী কী?

১৯৫৮ সালে, গুডরিচ কেমিক্যাল কোম্পানি (বর্তমানে লুব্রিজল নামে পরিচিত) প্রথমবারের মতো এস্টেন নামক টিপিইউ ব্র্যান্ডটি নিবন্ধন করে। বিগত ৪০ বছরে, বিশ্বজুড়ে ২০টিরও বেশি ব্র্যান্ডের নাম রয়েছে এবং প্রতিটি ব্র্যান্ডের বেশ কয়েকটি সিরিজের পণ্য রয়েছে। বর্তমানে, বিশ্বের প্রধান টিপিইউ কাঁচামাল প্রস্তুতকারক সংস্থাগুলো হলো: বিএএসএফ, কোভেস্ট্রো, লুব্রিজল, হান্টসম্যান কর্পোরেশন, ম্যাককিনজি, গোল্ডিং, ইত্যাদি।

একটি উৎকৃষ্ট ইলাস্টোমার হিসেবে, টিপিইউ-এর বিভিন্ন ধরনের পণ্য রয়েছে, যা নিত্যপ্রয়োজনীয় সামগ্রী, ক্রীড়া সামগ্রী, খেলনা, সাজসজ্জার উপকরণ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। নিচে কয়েকটি উদাহরণ দেওয়া হলো।

① জুতার উপকরণ

টিপিইউ তার চমৎকার স্থিতিস্থাপকতা এবং ক্ষয়-প্রতিরোধ ক্ষমতার কারণে প্রধানত জুতার উপকরণ হিসেবে ব্যবহৃত হয়। টিপিইউ যুক্ত জুতা সাধারণ জুতার চেয়ে পরতে অনেক বেশি আরামদায়ক, তাই উচ্চমানের জুতা, বিশেষ করে কিছু স্পোর্টস শু এবং ক্যাজুয়াল শু-তে এর ব্যবহার বেশি।

② হোস

এর কোমলতা, ভালো টান শক্তি, অভিঘাত শক্তি এবং উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রা প্রতিরোধের ক্ষমতার কারণে, চীনে বিমান, ট্যাঙ্ক, অটোমোবাইল, মোটরসাইকেল এবং মেশিন টুলের মতো যান্ত্রিক সরঞ্জামগুলিতে গ্যাস ও তেলের হোস হিসাবে টিপিইউ হোস ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

③ তার

টিপিইউ ছিঁড়ে যাওয়া ও ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং বাঁকানোর বৈশিষ্ট্য প্রদান করে, এবং এর উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতাই হলো কেবলের কার্যকারিতার মূল চাবিকাঠি। তাই চীনের বাজারে, কন্ট্রোল কেবল এবং পাওয়ার কেবলের মতো উন্নত কেবলগুলোতে জটিল ডিজাইনের আবরণী উপাদান রক্ষা করার জন্য টিপিইউ ব্যবহার করা হয় এবং এর প্রয়োগ ক্রমশ ব্যাপক হয়ে উঠছে।

④ চিকিৎসা সরঞ্জাম

টিপিইউ হলো একটি নিরাপদ, স্থিতিশীল এবং উচ্চ-মানের পিভিসি বিকল্প উপাদান, যাতে থ্যালেট এবং অন্যান্য ক্ষতিকর রাসায়নিক পদার্থ থাকে না এবং যা মেডিকেল ক্যাথেটার বা মেডিকেল ব্যাগের রক্ত ​​বা অন্যান্য তরলে মিশে গিয়ে কোনো পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করে না। অধিকন্তু, বিশেষভাবে তৈরি এক্সট্রুশন গ্রেড এবং ইনজেকশন গ্রেড টিপিইউ সামান্য ডিবাগিংয়ের মাধ্যমে বিদ্যমান পিভিসি সরঞ্জামগুলিতে সহজেই ব্যবহার করা যায়।

⑤ যানবাহন ও অন্যান্য পরিবহণ মাধ্যম

নাইলন কাপড়ের উভয় পাশে পলিইউরেথেন থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমার দিয়ে এক্সট্রুশন ও প্রলেপ দেওয়ার মাধ্যমে ৩-১৫ জন যাত্রী বহনকারী স্ফীতযোগ্য যুদ্ধ আক্রমণকারী ভেলা এবং পর্যবেক্ষণ ভেলা তৈরি করা যায়, যা ভলকানাইজড রাবারের স্ফীতযোগ্য ভেলার চেয়ে অনেক উন্নত কর্মক্ষমতা সম্পন্ন; গ্লাস ফাইবার দ্বারা শক্তিশালীকৃত পলিইউরেথেন থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমার গাড়ির উভয় পাশের মোল্ডেড অংশ, দরজার বাইরের আবরণ, বাম্পার, ঘর্ষণরোধী স্ট্রিপ এবং গ্রিলের মতো বডির বিভিন্ন উপাদান তৈরিতে ব্যবহার করা যেতে পারে।