TPU to poliuretanowy elastomer termoplastyczny, który jest wielofazowym kopolimerem blokowym składającym się z diizocyjanianów, polioli i przedłużaczy łańcucha. Jako wysokowydajny elastomer TPU ma szeroki zakres kierunków dalszego przetwarzania i jest szeroko stosowany w artykułach codziennego użytku, sprzęcie sportowym, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach, takich jak materiały obuwnicze, węże, kable, urządzenia medyczne itp.
Obecnie głównymi producentami surowców TPU są BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nowe materiały Linghua, itd. Wraz z rozbudową układu i zdolności produkcyjnych krajowych przedsiębiorstw, przemysł TPU jest obecnie wysoce konkurencyjny. Jednak w dziedzinie zastosowań high-end nadal polega na imporcie, co jest również obszarem, w którym Chiny muszą osiągnąć przełom. Porozmawiajmy o przyszłych perspektywach rynkowych produktów TPU.
1. Nadkrytyczne spienianie E-TPU
W 2012 roku Adidas i BASF wspólnie opracowały markę butów do biegania EnergyBoost, która wykorzystuje spieniony TPU (nazwa handlowa infinergy) jako materiał podeszwy środkowej. Dzięki zastosowaniu polieterowego TPU o twardości Shore A wynoszącej 80-85 jako podłoża, w porównaniu do podeszew środkowych EVA, spienione podeszwy środkowe TPU mogą nadal zachowywać dobrą elastyczność i miękkość w środowiskach poniżej 0 ℃, co poprawia komfort noszenia i jest szeroko rozpoznawane na rynku.
2. Materiał kompozytowy TPU modyfikowany włóknami
TPU ma dobrą odporność na uderzenia, ale w niektórych zastosowaniach wymagany jest wysoki moduł sprężystości i bardzo twarde materiały. Modyfikacja wzmocnienia włóknem szklanym jest powszechnie stosowaną techniką zwiększania modułu sprężystości materiałów. Poprzez modyfikację można uzyskać termoplastyczne materiały kompozytowe o wielu zaletach, takich jak wysoki moduł sprężystości, dobra izolacja, wysoka odporność na ciepło, dobre właściwości odzyskiwania sprężystości, dobra odporność na korozję, odporność na uderzenia, niski współczynnik rozszerzalności i stabilność wymiarowa.
Firma BASF wprowadziła w swoim patencie technologię przygotowywania TPU wzmocnionego włóknem szklanym o wysokim module sprężystości przy użyciu krótkich włókien szklanych. TPU o twardości Shore'a D wynoszącej 83 zsyntetyzowano przez zmieszanie politetrafluoroetylenoglikolu (PTMEG, Mn=1000), MDI i 1,4-butanodiolu (BDO) z 1,3-propanodiolem jako surowcami. Ten TPU został połączony z włóknem szklanym w stosunku masowym 52:48, aby uzyskać materiał kompozytowy o module sprężystości 18,3 GPa i wytrzymałości na rozciąganie 244 MPa.
Oprócz włókna szklanego pojawiają się także doniesienia o produktach wykorzystujących kompozyt TPU z włókna węglowego, taki jak płyta kompozytowa Maezio z włókna węglowego/TPU firmy Covestro, która charakteryzuje się modułem sprężystości do 100 GPa i mniejszą gęstością niż metale.
3. Bezhalogenowy, trudnopalny TPU
TPU ma wysoką wytrzymałość, wysoką wytrzymałość, doskonałą odporność na zużycie i inne właściwości, co czyni go bardzo odpowiednim materiałem osłonowym dla przewodów i kabli. Jednak w takich dziedzinach zastosowań, jak stacje ładowania, wymagana jest wyższa ognioodporność. Istnieją zasadniczo dwa sposoby na poprawę właściwości ognioodpornych TPU. Jednym z nich jest reaktywna modyfikacja ognioodporna, która polega na wprowadzaniu materiałów ognioodpornych, takich jak poliole lub izocyjaniany zawierające fosfor, azot i inne pierwiastki do syntezy TPU poprzez wiązanie chemiczne; Drugim jest addytywna modyfikacja ognioodporna, która polega na użyciu TPU jako substratu i dodaniu środków ognioodpornych do mieszania w stanie stopionym.
Reaktywna modyfikacja może zmienić strukturę TPU, ale gdy ilość dodatkowego środka zmniejszającego palność jest duża, wytrzymałość TPU maleje, wydajność przetwarzania pogarsza się, a dodanie niewielkiej ilości nie może osiągnąć wymaganego poziomu środka zmniejszającego palność. Obecnie nie ma w sprzedaży żadnego produktu o wysokiej wartości środka zmniejszającego palność, który mógłby naprawdę spełnić wymagania stacji ładowania.
Były Bayer MaterialScience (obecnie Kostron) wprowadził kiedyś organiczny poliol zawierający fosfor (IHPO) na bazie tlenku fosfiny w patencie. Polieter TPU syntetyzowany z IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI i BDO wykazuje doskonałą trudnopalność i właściwości mechaniczne. Proces wytłaczania jest gładki, a powierzchnia produktu jest gładka.
Dodawanie bezhalogenowych środków zmniejszających palność jest obecnie najczęściej stosowaną techniczną drogą przygotowywania bezhalogenowych środków zmniejszających palność TPU. Zazwyczaj środki zmniejszające palność na bazie fosforu, azotu, krzemu, boru są łączone lub wodorotlenki metali są używane jako środki zmniejszające palność. Ze względu na wrodzoną palność TPU, często wymagana jest ilość wypełnienia środkiem zmniejszającym palność większa niż 30%, aby utworzyć stabilną warstwę środka zmniejszającego palność podczas spalania. Jednak gdy ilość dodanego środka zmniejszającego palność jest duża, środek zmniejszający palność jest nierównomiernie rozproszony w podłożu TPU, a właściwości mechaniczne środka zmniejszającego palność TPU nie są idealne, co również ogranicza jego zastosowanie i promocję w takich dziedzinach jak węże, folie i kable.
Patent BASF wprowadza technologię zmniejszającą palność TPU, która łączy polifosforan melaminy i pochodną kwasu fosfinowego zawierającą fosfor jako środki zmniejszające palność z TPU o średniej masie cząsteczkowej większej niż 150 kDa. Stwierdzono, że właściwości zmniejszające palność zostały znacznie poprawione przy jednoczesnym osiągnięciu wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość materiału na rozciąganie, patent BASF wprowadza metodę przygotowywania koncentratu środka sieciującego zawierającego izocyjaniany. Dodanie 2% tego typu koncentratu do składu spełniającego wymagania dotyczące środków zmniejszających palność UL94V-0 może zwiększyć wytrzymałość materiału na rozciąganie z 35 MPa do 40 MPa, zachowując jednocześnie właściwości zmniejszające palność V-0.
Aby poprawić odporność na starzenie cieplne trudnopalnego TPU, patentFirma produkująca nowe materiały Linghuawprowadza również metodę wykorzystania wodorotlenków metali powlekanych powierzchniowo jako środków zmniejszających palność. Aby poprawić odporność na hydrolizę TPU zmniejszającego palność,Firma produkująca nowe materiały Linghuawprowadził węglan metalu na bazie dodania melaminy jako środka zmniejszającego palność w innym zgłoszeniu patentowym.
4. TPU do folii ochronnej lakieru samochodowego
Folia ochronna na lakier samochodowy to folia ochronna, która izoluje powierzchnię lakieru od powietrza po instalacji, zapobiega kwaśnym deszczom, utlenianiu, zarysowaniom i zapewnia długotrwałą ochronę powierzchni lakieru. Jej główną funkcją jest ochrona powierzchni lakieru samochodu po instalacji. Folia ochronna na lakier składa się zazwyczaj z trzech warstw, z powłoką samonaprawiającą się na powierzchni, folią polimerową w środku i akrylowym klejem wrażliwym na nacisk na dolnej warstwie. TPU jest jednym z głównych materiałów do przygotowywania pośrednich folii polimerowych.
Wymagania dotyczące właściwości TPU stosowanego w foliach ochronnych do lakieru są następujące: odporność na zarysowania, wysoka przezroczystość (przepuszczalność światła >95%), elastyczność w niskich temperaturach, odporność na wysokie temperatury, wytrzymałość na rozciąganie >50 MPa, wydłużenie >400% i zakres twardości Shore'a A wynoszący 87-93. Najważniejszą właściwością jest odporność na warunki atmosferyczne, która obejmuje odporność na starzenie pod wpływem promieniowania UV, degradację termiczną i hydrolizę.
Obecnie dojrzałe produkty to alifatyczny TPU przygotowany z dicykloheksylodiizocyjanianu (H12MDI) i polikaprolaktonodiolu jako surowców. Zwykły aromatyczny TPU widocznie żółknie po jednym dniu naświetlania UV, podczas gdy alifatyczny TPU używany do folii do owijania samochodów może utrzymać swój współczynnik żółknięcia bez znaczących zmian w tych samych warunkach.
Poli (ε – kaprolakton) TPU ma bardziej zrównoważoną wydajność w porównaniu do polieterowego i poliestrowego TPU. Z jednej strony może wykazywać doskonałą odporność na rozdarcie zwykłego poliestrowego TPU, a z drugiej strony wykazuje również wyjątkową niską kompresję, trwałe odkształcenie i wysoką wydajność odbicia polieterowego TPU, dzięki czemu jest szeroko stosowany na rynku.
Ze względu na różne wymagania dotyczące opłacalności produktu po segmentacji rynku, wraz z udoskonaleniem technologii powlekania powierzchni i możliwości dostosowania formuły kleju, istnieje również szansa, że w przyszłości polieter lub zwykły poliester H12MDI alifatyczny TPU będzie stosowany do folii ochronnych lakieru.
5. TPU na bazie biologicznej
Powszechną metodą przygotowywania biopochodnego TPU jest wprowadzanie podczas procesu polimeryzacji biopochodnych monomerów lub produktów pośrednich, takich jak biopochodne izocyjaniany (np. MDI, PDI), biopochodne poliole itp. Spośród nich biopochodne izocyjaniany są stosunkowo rzadkie na rynku, podczas gdy biopochodne poliole są bardziej powszechne.
Jeśli chodzi o izocyjaniany pochodzenia biologicznego, już w 2000 r. BASF, Covestro i inni zainwestowali wiele wysiłku w badania PDI, a pierwsza partia produktów PDI została wprowadzona na rynek w latach 2015–2016. Firma Wanhua Chemical opracowała produkty TPU w 100% oparte na biotechnologii, wykorzystując biotechnologię PDI uzyskaną ze słomy kukurydzianej.
Jeśli chodzi o biopoliole, obejmują one biopolitetrafluoroetylen (PTMEG), bio1,4-butanodiol (BDO), bio1,3-propanodiol (PDO), biopoliole poliestrowe, biopoliole polieterowe itp.
Obecnie wielu producentów TPU wprowadziło na rynek biopochodne TPU, których wydajność jest porównywalna z tradycyjnym TPU na bazie petrochemicznej. Główna różnica między tymi biopochodnymi TPU leży w poziomie zawartości biopochodnej, który ogólnie waha się od 30% do 40%, a niektóre osiągają nawet wyższe poziomy. W porównaniu z tradycyjnym TPU na bazie petrochemicznej, biopochodne TPU mają zalety, takie jak redukcja emisji dwutlenku węgla, zrównoważona regeneracja surowców, zielona produkcja i oszczędzanie zasobów. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical iNowe materiały Linghuawprowadziły na rynek marki TPU na bazie biologicznej, a redukcja emisji dwutlenku węgla i zrównoważony rozwój to również kluczowe kierunki rozwoju TPU w przyszłości.
Czas publikacji: 09-08-2024