Kluczowe kierunki przyszłego rozwoju TPU

TPU to poliuretanowy elastomer termoplastyczny, będący wielofazowym kopolimerem blokowym składającym się z diizocyjanianów, polioli i przedłużaczy łańcucha. Jako elastomer o wysokiej wydajności, TPU ma szeroki zakres dalszych zastosowań produktowych i jest szeroko stosowany w artykułach codziennego użytku, sprzęcie sportowym, zabawkach, materiałach dekoracyjnych i innych dziedzinach, takich jak materiały obuwnicze, węże, kable, wyroby medyczne itp.

Obecnie głównymi producentami surowców TPU są BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nowe materiały Linghuai tak dalej. Dzięki rozmieszczeniu i zwiększeniu wydajności przedsiębiorstw krajowych branża TPU jest obecnie bardzo konkurencyjna. Jednak w obszarze zastosowań high-end w dalszym ciągu opiera się na imporcie, w którym to obszarze również Chiny muszą dokonać przełomu. Porozmawiajmy o przyszłych perspektywach rynkowych produktów TPU.

1. Nadkrytyczny spieniany E-TPU

W 2012 roku Adidas i BASF wspólnie opracowały markę butów do biegania EnergyBoost, w której jako materiał podeszwy środkowej zastosowano spieniony TPU (nazwa handlowa infinergy). Dzięki zastosowaniu jako podłoża polieterowego TPU o twardości Shore'a A wynoszącej 80-85, w porównaniu do podeszew środkowych z pianki EVA, podeszwy środkowe ze spienionego TPU mogą nadal zachować dobrą elastyczność i miękkość w środowiskach poniżej 0 ℃, co poprawia komfort noszenia i jest powszechnie uznawane w rynek.
2. Wzmocniony włóknem zmodyfikowany materiał kompozytowy TPU

TPU ma dobrą odporność na uderzenia, ale w niektórych zastosowaniach wymagany jest wysoki moduł sprężystości i bardzo twarde materiały. Modyfikacja zbrojenia 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, duża odporność na ciepło, dobre właściwości odzyskiwania sprężystości, dobra odporność na korozję, udarność, niski współczynnik rozszerzalności i stabilność wymiarowa.

Firma BASF w swoim patencie wprowadziła technologię wytwarzania wysokomodułowego TPU wzmocnionego włóknem szklanym przy użyciu krótkich włókien szklanych. TPU o twardości Shore'a D wynoszącej 83 zsyntetyzowano przez zmieszanie glikolu politetrafluoroetylenowego (PTMEG, Mn=1000), MDI i 1,4-butanodiolu (BDO) z 1,3-propanodiolem jako surowcami. Ten TPU zmieszano 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 istnieją również doniesienia o produktach wykorzystujących kompozyt TPU z włókna węglowego, np. płyta kompozytowa Maezio z włókna węglowego/TPU firmy Covestro, która ma moduł sprężystości do 100 GPa i mniejszą gęstość niż metale.
3. Bezhalogenowy, ognioodporny TPU

TPU ma wysoką wytrzymałość, wysoką wytrzymałość, doskonałą odporność na zużycie i inne właściwości, co czyni go bardzo odpowiednim materiałem na osłonę przewodów i kabli. Jednak w obszarach zastosowań, takich jak stacje ładowania, wymagana jest wyższa ognioodporność. Zasadniczo istnieją dwa sposoby poprawy właściwości ognioodpornych TPU. Jedną z nich jest modyfikacja reaktywnych środków zmniejszających palność, która polega na wprowadzeniu do syntezy TPU materiałów uniepalniających, takich jak poliole lub izocyjaniany zawierające fosfor, azot i inne pierwiastki, poprzez wiązania chemiczne; Drugim jest addytywna modyfikacja uniepalniacza, która polega na zastosowaniu TPU jako podłoża i dodaniu środków uniepalniających w celu wymieszania stopu.

Modyfikacja reaktywna może zmienić strukturę TPU, ale gdy ilość dodatku 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 dostępnego na rynku produktu o wysokiej zmniejszonej palności, który naprawdę spełniałby wymagania stacji ładowania.

Były Bayer MaterialScience (obecnie Kostron) przedstawił kiedyś w patencie organiczny poliol zawierający fosfor (IHPO) na bazie tlenku fosfiny. Polieter TPU syntetyzowany z IHPO, PTMEG-1000, 4,4 '-MDI i BDO wykazuje doskonałe właściwości ognioodporne i mechaniczne. Proces wytłaczania jest gładki, a powierzchnia produktu gładka.

Dodawanie bezhalogenowych środków zmniejszających palność jest obecnie najczęściej stosowaną metodą techniczną wytwarzania bezhalogenowego środka zmniejszającego palność TPU. Ogólnie rzecz biorąc, środki zmniejszające palność na bazie fosforu, azotu, krzemu i boru są łączone lub jako środki zmniejszające palność stosuje się wodorotlenki metali. Ze względu na naturalną palność TPU, często wymagana jest ilość środka opóźniającego palenie w ilości przekraczającej 30%, aby podczas spalania utworzyć stabilną warstwę zmniejszającą palność. Jednakże, gdy ilość dodanego środka zmniejszającego palność jest duża, środek zmniejszający palność jest nierównomiernie rozproszony w podłożu TPU, a właściwości mechaniczne ognioodpornego TPU nie są idealne, co również ogranicza jego zastosowanie i promocję w dziedzinach takich jak węże, folie i kable.

Patent BASF wprowadza technologię TPU uniepalniającą, która łączy polifosforan melaminy i zawierającą fosfor pochodną kwasu fosfinowego jako środki zmniejszające palność z TPU o wagowo średniej masie cząsteczkowej większej niż 150 kDa. Stwierdzono, że działanie zmniejszające palność uległo znacznej poprawie przy jednoczesnym osiągnięciu wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.

Aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość materiału na rozciąganie, w patencie BASF wprowadzono metodę przygotowania przedmieszki środka sieciującego zawierającej izocyjaniany. Dodanie 2% tego typu przedmieszki do kompozycji spełniającej wymagania dotyczące zmniejszania palności UL94V-0 może zwiększyć wytrzymałość materiału na rozciąganie z 35 MPa do 40 MPa przy jednoczesnym zachowaniu właściwości zmniejszających palność V-0.

Aby poprawić odporność na starzenie cieplne ognioodpornego TPU, patentFirma Linghua New Materialswprowadza także metodę stosowania wodorotlenków metali powlekanych powierzchniowo jako środków zmniejszających palność. W celu poprawy odporności na hydrolizę ognioodpornego TPU,Firma Linghua New Materialsw innym zgłoszeniu patentowym wprowadził węglan metalu na bazie dodatku środka zmniejszającego palność melaminy.

4. TPU do folii zabezpieczającej lakier samochodowy

Folia zabezpieczająca lakier samochodowy to folia ochronna, która po zamontowaniu izoluje powierzchnię lakieru od powietrza, zapobiega kwaśnym deszczom, utlenianiu, zarysowaniom oraz zapewnia długotrwałą ochronę powierzchni lakieru. Jego główną funkcją jest zabezpieczenie powierzchni lakieru samochodowego po zamontowaniu. Folia chroniąca lakier składa się zazwyczaj z trzech warstw, z samonaprawiającą się powłoką na powierzchni, warstwą polimerową pośrodku i akrylowym klejem samoprzylepnym na dolnej warstwie. TPU jest jednym z głównych materiałów do wytwarzania pośrednich folii polimerowych.

Wymagania użytkowe TPU stosowanego w folii zabezpieczającej lakier 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 Shore A zakres twardości 87-93; Najważniejszą cechą jest odporność na warunki atmosferyczne, która obejmuje odporność na starzenie pod wpływem promieni UV, termiczną degradację oksydacyjną i hydrolizę.

Obecnie dojrzałymi produktami są alifatyczny TPU wytwarzany z diizocyjanianu dicykloheksylu (H12MDI) i diolu polikaprolaktonowego jako surowców. Zwykły aromatyczny TPU już po jednym dniu naświetlania promieniami UV widocznie żółknie, natomiast alifatyczny TPU stosowany do folii samochodowych może w tych samych warunkach zachować współczynnik żółknięcia bez znaczących zmian.
Poli(ε – kaprolakton) TPU ma bardziej zrównoważone działanie w porównaniu z polieterem i poliestrem TPU. Z jednej strony może wykazywać doskonałą odporność na rozdarcie zwykłego poliestrowego TPU, z drugiej strony wykazuje również wyjątkową odporność na trwałe odkształcenie przy niskim ściskaniu i wysoką wydajność odbicia polieterowego TPU, dzięki czemu jest szeroko stosowany na rynku.

Ze względu na odmienne wymagania dotyczące opłacalności produktów po segmentacji rynku, wraz z udoskonaleniem technologii powłok powierzchniowych i możliwością dostosowania formuły kleju, istnieje również szansa, że ​​w przyszłości do folii ochronnych lakieru będzie można zastosować polieterowy lub zwykły poliestrowy alifatyczny TPU H12MDI.

5. TPU pochodzenia biologicznego

Powszechną metodą wytwarzania TPU pochodzenia biologicznego jest wprowadzenie podczas procesu polimeryzacji monomerów lub półproduktów pochodzenia biologicznego, takich jak izocyjaniany pochodzenia biologicznego (takie jak MDI, PDI), poliole pochodzenia biologicznego itp. Wśród nich izocyjaniany pochodzenia biologicznego są stosunkowo rzadkie w rynku, podczas gdy poliole pochodzenia biologicznego są bardziej powszechne.

Jeśli chodzi o izocyjaniany pochodzenia biologicznego, już w 2000 r. firmy BASF, Covestro i inne firmy włożyły wiele wysiłku w badania nad PDI, a pierwsza partia produktów PDI została wprowadzona na rynek w latach 2015–2016. Firma Wanhua Chemical opracowała produkty TPU w 100% pochodzenia biologicznego, wykorzystujące PDI na bazie bio, wykonane z kukurydzy.

Jeśli chodzi o poliole pochodzenia biologicznego, obejmuje to politetrafluoroetylen pochodzenia biologicznego (PTMEG), 1,4-butanodiol pochodzenia biologicznego (BDO), 1,3-propanodiol pochodzenia biologicznego (PDO), poliole poliestrowe pochodzenia biologicznego, poliole polieterowe pochodzenia biologicznego itp.

Obecnie wielu producentów TPU wprowadziło na rynek TPU na bazie biologicznej, którego wydajność jest porównywalna z tradycyjnym TPU na bazie produktów petrochemicznych. Główna różnica między tymi TPU opartymi na biologii polega na poziomie zawartości biopochodnej, zwykle wahającej się od 30% do 40%, a niektóre nawet osiągają wyższy poziom. W porównaniu do tradycyjnego TPU na bazie petrochemii, TPU na bazie biologicznej ma zalety, takie jak redukcja emisji dwutlenku węgla, zrównoważona regeneracja surowców, ekologiczna produkcja i ochrona zasobów. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical iNowe materiały Linghuawprowadziło na rynek swoje bio marki TPU, a redukcja emisji dwutlenku węgla i zrównoważony rozwój to także kluczowe kierunki rozwoju TPU w przyszłości.