La sigla del poliuretano termoplastico
TPU sta per poliuretano termoplastico, in inglese thermoplastic polyurethane. È un elastomero: si allunga sotto trazione e torna indietro quando la trazione cessa. Ed è insieme un termoplastico: scaldandolo rammollisce, quindi si estrude, si stampa, si salda e si rifonde.
Le due qualità di solito non convivono. Una gomma è elastica perché le sue catene sono cucite fra loro da legami chimici, e quei legami col calore non si sciolgono: una gomma vulcanizzata non torna fluida, si degrada. Il TPU arriva allo stesso comportamento elastico per un’altra strada, e quella strada è tutta la voce.
Segmenti rigidi e segmenti flessibili
La catena del TPU non è uniforme: alterna due tratti che si comportano in modo opposto.
Il segmento flessibile è lungo, poco polare e mobile. Nasce dalla reazione fra un di-isocianato e un poliolo a catena lunga, di tipo polietere o poliestere, ed è la parte che si distende quando il pezzo viene tirato.
Il segmento rigido è corto e molto polare. Nasce dalla reazione fra lo stesso di-isocianato e un diolo corto, l’estensore di catena, di solito un glicole lineare come l’1,4-butandiolo. Porta i gruppi uretanici uno vicino all’altro e li mette in condizione di legarsi a quelli delle catene accanto.
Poiché i due tratti non si mescolano volentieri, il materiale si separa in microfasi: i segmenti rigidi si radunano in domini duri, ordinati o quasi, immersi in una matrice morbida. La struttura si vede soltanto al microscopio, ma è la ragione di tutto ciò che il TPU fa.
La reticolazione fisica, elastica senza cuciture chimiche
I domini duri lavorano da nodi. Tengono ferme le estremità dei segmenti morbidi, così che sotto carico questi si distendano e al rilascio vengano richiamati indietro: esattamente il compito che in una gomma svolgono i ponti di zolfo. Sono però nodi fisici, tenuti insieme dall’attrazione fra gruppi polari e da un impacchettamento ordinato, non da legami chimici nuovi.
La differenza si vede scaldando. Sopra una certa temperatura i domini duri si disfano, i nodi spariscono, il materiale scorre e si può formare; raffreddandosi i domini si riformano e l’elasticità torna. È ciò che rende il TPU rifondibile e lo separa nettamente dal poliuretano espanso, che è un reticolo chimico costruito una volta sola: la schiuma di un materasso o di un pannello non si rifonde, perché i suoi nodi sono legami veri.
Il rapporto fra segmenti rigidi e segmenti morbidi decide quanto il materiale è duro. Più segmento rigido, più nodi, più il pezzo si avvicina a una plastica; più segmento morbido, più si avvicina a una gomma. È una manopola continua, e spiega perché sotto la stessa sigla stiano materiali che sembrano di famiglie diverse.
I numeri con cui si descrive un TPU
La grandezza dichiarata per prima è la durezza, letta col durometro Shore. I gradi commerciali coprono all’incirca dal 60 Shore A, morbido come una guarnizione, fino alla scala D per i tipi più rigidi; i gradi tecnici di impiego comune stanno spesso fra 85 e 95 Shore A.
Le schede tecniche riportano poi allungamenti a rottura di parecchie centinaia per cento, resistenze a trazione dell’ordine di alcune decine di megapascal e densità intorno a 1,1 g/cm³. Ogni valore vale per il grado a cui si riferisce e per il metodo di prova con cui è stato ottenuto: fra un tipo morbido e uno rigido i numeri cambiano di un fattore, non di un decimale.
Un dato che pesa quanto la durezza è la natura del segmento morbido. Il TPU polietere tiene meglio l’idrolisi e resta flessibile alle basse temperature; il TPU poliestere invecchia meglio al caldo ma soffre l’acqua calda e l’umidità prolungata. Due pezzi identici a vedersi possono comportarsi in modo opposto dopo un anno in un ambiente umido.
Dove lavora il TPU nel materiale sanitario
Il TPU compare dove serve una parete sottile, flessibile e a tenuta di gas o di liquido.
Il caso più diffuso è il polmone dei bracciali per sfigmomanometro, cioè la camera interna che si gonfia a ogni misura e si sgonfia migliaia di volte, senza screpolarsi nelle pieghe e senza perdere aria. Il TPU regge la flessione ripetuta meglio di un film rigido e si salda a caldo, il che permette una camera senza incollaggi.
Il secondo è l’involucro dei materassi. Nei materassi a depressione per il trasporto, quelli riempiti di microsfere che si irrigidiscono quando si estrae l’aria, la tenuta del vuoto sta tutta nel film; nei materassi a pressione alternata il TPU compare come spalmatura sul tessuto in poliammide, dove porta impermeabilità ai liquidi e resistenza all’abrasione.
Il terzo è la tubazione flessibile: cateteri, sonde e raccordi si estrudono in TPU quando serve un tubo che resti morbido a contatto col corpo senza portare plastificanti aggiunti.
TPU, silicone e PVC morbido
I tre materiali si somigliano al tatto e vengono da tre chimiche diverse.
Il silicone non è un poliuretano e non è nemmeno un polimero del carbonio: la sua ossatura è fatta di silicio e ossigeno. Regge temperature molto più alte del TPU, che in cambio lo batte in resistenza all’abrasione e allo strappo.
Il PVC morbido è un polimero vinilico clorurato, rigido di suo, che diventa flessibile perché contiene un plastificante, cioè una sostanza aggiunta che si mette fra le catene e le tiene distanziate. Il TPU è flessibile per costruzione, senza bisogno di aggiunte, ed è la ragione per cui viene preferito dove la migrazione del plastificante è un tema.
Resta un equivoco puramente lessicale, ma frequente in rete. La stessa sigla, in informatica, indica un processore per il calcolo tensoriale: le due cose non hanno in comune nulla oltre alle tre lettere.
