TPU je poliuretanski termoplastični elastomer, koji je višefazni blok kopolimer sastavljen od diizocijanata, poliola i produživača lanca. Kao elastomer visokih performansi, TPU ima širok raspon nizvodnih smjerova proizvoda i naširoko se koristi u svakodnevnim potrepštinama, sportskoj opremi, igračkama, ukrasnim materijalima i drugim područjima, kao što su materijali za cipele, crijeva, kabeli, medicinski uređaji itd.
Trenutačno su glavni proizvođači TPU sirovina BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linhua novi materijali, i tako dalje. S rasporedom i proširenjem kapaciteta domaćih poduzeća, TPU industrija trenutno je vrlo konkurentna. Međutim, u području vrhunskih aplikacija još uvijek se oslanja na uvoz, što je također područje u kojem Kina treba postići napredak. Razgovarajmo o budućim tržišnim izgledima TPU proizvoda.
1. E-TPU s superkritičnim pjenjenjem
Godine 2012. Adidas i BASF zajednički su razvili marku tenisica za trčanje EnergyBoost, koja koristi pjenasti TPU (trgovačko ime infinergy) kao međupotplatni materijal. Zbog upotrebe polieterskog TPU-a s tvrdoćom Shore A od 80-85 kao podloge, u usporedbi s međupotplatima od EVA, međupotplati od pjenastog TPU-a još uvijek mogu zadržati dobru elastičnost i mekoću u okruženjima ispod 0 ℃, što poboljšava udobnost nošenja i široko je prepoznato u tržište.
2. Modificirani TPU kompozitni materijal ojačan vlaknima
TPU ima dobru otpornost na udarce, ali u nekim je primjenama potreban visok modul elastičnosti i vrlo tvrdi materijali. Modifikacija ojačanja staklenim vlaknima često je korištena tehnika za povećanje modula elastičnosti materijala. Modifikacijom se mogu dobiti termoplastični kompozitni materijali s mnogim prednostima kao što su visoki modul elastičnosti, dobra izolacija, jaka otpornost na toplinu, dobra elastična oporavka, dobra otpornost na koroziju, otpornost na udarce, nizak koeficijent ekspanzije i dimenzionalna stabilnost.
BASF je u svom patentu predstavio tehnologiju za pripremu visokomodulnog TPU-a ojačanog staklenim vlaknima koristeći kratka staklena vlakna. TPU s tvrdoćom Shore D od 83 sintetiziran je miješanjem politetrafluoroetilen glikola (PTMEG, Mn=1000), MDI i 1,4-butandiola (BDO) s 1,3-propandiolom kao sirovinama. Ovaj TPU je spojen sa staklenim vlaknima u masenom omjeru 52:48 kako bi se dobio kompozitni materijal s modulom elastičnosti od 18,3 GPa i vlačnom čvrstoćom od 244 MPa.
Osim staklenih vlakana, postoje i izvješća o proizvodima koji koriste kompozit TPU od ugljičnih vlakana, kao što je Covestrova Maezio kompozitna ploča od ugljičnih vlakana/TPU, koja ima modul elastičnosti do 100GPa i nižu gustoću od metala.
3. TPU otporan na plamen bez halogena
TPU ima visoku čvrstoću, visoku žilavost, izvrsnu otpornost na trošenje i druga svojstva, što ga čini vrlo prikladnim materijalom za plaštenje žica i kabela. Ali u područjima primjene kao što su stanice za punjenje, potrebna je veća otpornost na plamen. Općenito postoje dva načina za poboljšanje otpornosti na plamen TPU-a. Jedan je reaktivna modifikacija za usporavanje plamena, koja uključuje uvođenje materijala za usporavanje plamena kao što su polioli ili izocijanati koji sadrže fosfor, dušik i druge elemente u sintezu TPU-a putem kemijskog povezivanja; Drugi je aditivna modifikacija usporivača plamena, koja uključuje korištenje TPU-a kao supstrata i dodavanje usporivača plamena za miješanje taline.
Reaktivna modifikacija može promijeniti strukturu TPU-a, ali kada je količina aditiva za usporavanje plamena velika, snaga TPU-a se smanjuje, performanse obrade se pogoršavaju, a dodavanjem male količine ne može se postići potrebna razina za usporavanje plamena. Trenutačno ne postoji komercijalno dostupan proizvod otporan na plamen koji bi uistinu mogao zadovoljiti primjenu stanica za punjenje.
Bivši Bayer MaterialScience (sada Kostron) svojedobno je u patentu predstavio poliol koji sadrži organski fosfor (IHPO) na bazi fosfin oksida. Polieter TPU sintetiziran iz IHPO, PTMEG-1000, 4,4'- MDI i BDO pokazuje izvrsnu otpornost na plamen i mehanička svojstva. Proces ekstruzije je gladak, a površina proizvoda je glatka.
Dodavanje usporivača gorenja bez halogena trenutačno je najčešće korišteni tehnički način za pripremu TPU-a koji usporava plamen bez halogena. Općenito, usporivači gorenja na bazi fosfora, dušika, silicija, bora se miješaju ili se koriste metalni hidroksidi kao usporivači plamena. Zbog inherentne zapaljivosti TPU-a, često je potrebna količina usporivača plamena veća od 30% za stvaranje stabilnog sloja usporivača plamena tijekom izgaranja. Međutim, kada je dodana količina usporivača plamena velika, usporivač plamena je neravnomjerno raspršen u TPU podlozi, a mehanička svojstva TPU usporivača plamena nisu idealna, što također ograničava njegovu primjenu i promociju u područjima kao što su crijeva, filmovi , i kabeli.
BASF-ov patent uvodi TPU tehnologiju otpornu na plamen, koja miješa melamin polifosfat i derivat fosfinske kiseline koji sadrži fosfor kao usporivače plamena s TPU s prosječnom molekularnom težinom većom od 150 kDa. Utvrđeno je da je učinak usporavanja plamena značajno poboljšan uz postizanje visoke vlačne čvrstoće.
Kako bi se dodatno povećala vlačna čvrstoća materijala, BASF-ov patent uvodi metodu za pripremu glavne šarže sredstva za umrežavanje koja sadrži izocijanate. Dodavanje 2% ove vrste masterbatch-a u sastav koji zadovoljava UL94V-0 zahtjeve za usporavanje plamena može povećati vlačnu čvrstoću materijala s 35MPa na 40MPa uz zadržavanje V-0 performansi za usporavanje plamena.
Kako bi se poboljšala otpornost TPU-a otpornog na toplinu na starenje, patent odLinhua tvrtka za nove materijaletakođer uvodi metodu korištenja površinski obloženih metalnih hidroksida kao usporivača plamena. Kako bi se poboljšala otpornost na hidrolizu TPU otpornog na plamen,Linhua tvrtka za nove materijaleuveo metalni karbonat na temelju dodavanja melaminskog usporivača plamena u drugoj patentnoj prijavi.
4. TPU za zaštitu automobilske boje
Zaštitna folija za lakiranje automobila je zaštitna folija koja izolira površinu laka od zraka nakon postavljanja, sprječava kisele kiše, oksidaciju, ogrebotine te pruža dugotrajnu zaštitu površine laka. Njegova glavna funkcija je zaštita površine laka automobila nakon ugradnje. Zaštitna folija za boju općenito se sastoji od tri sloja, sa samozacjeljujućim premazom na površini, polimernim filmom u sredini i akrilnim ljepilom osjetljivim na pritisak na donjem sloju. TPU je jedan od glavnih materijala za pripremu međupolimernih filmova.
Zahtjevi za performanse za TPU koji se koristi u foliji za zaštitu boje su sljedeći: otpornost na ogrebotine, visoka prozirnost (propusnost svjetla>95%), fleksibilnost na niskim temperaturama, otpornost na visoke temperature, vlačna čvrstoća>50MPa, istezanje>400%, i Shore A raspon tvrdoće od 87-93; Najvažnije svojstvo je otpornost na vremenske uvjete, što uključuje otpornost na UV starenje, toplinsku oksidativnu degradaciju i hidrolizu.
Trenutno zreli proizvodi su alifatski TPU pripremljen od dicikloheksil diizocijanata (H12MDI) i polikaprolaktondiola kao sirovina. Obični aromatski TPU vidljivo požuti nakon jednog dana UV zračenja, dok alifatski TPU koji se koristi za folije za zamatanje automobila može zadržati svoj koeficijent žutila bez značajnih promjena pod istim uvjetima.
Poli (ε – kaprolakton) TPU ima uravnoteženije performanse u usporedbi s polieterskim i poliesterskim TPU. S jedne strane, može pokazati izvrsnu otpornost na trganje običnog poliesterskog TPU-a, dok s druge strane, također pokazuje izvanrednu trajnu deformaciju niske kompresije i visoku učinkovitost odskoka polieterskog TPU-a, stoga se naširoko koristi na tržištu.
Zbog različitih zahtjeva za isplativost proizvoda nakon tržišne segmentacije, s poboljšanjem tehnologije površinskog premaza i mogućnosti prilagođavanja formule ljepila, također postoji šansa da se polieter ili obični poliester H12MDI alifatski TPU u budućnosti primijeni na filmove za zaštitu boje.
5. TPU na biološkoj bazi
Uobičajena metoda za pripremu TPU-a na biološkoj osnovi je uvođenje monomera ili međuprodukata na biološkoj osnovi tijekom procesa polimerizacije, kao što su izocijanati na biološkoj osnovi (kao što su MDI, PDI), polioli na biološkoj bazi, itd. Među njima, izocijanati na biološkoj osnovi relativno su rijetki u tržištu, dok su polioli na biobazi češći.
Što se tiče izocijanata na biološkoj osnovi, već 2000. godine BASF, Covestro i drugi uložili su puno truda u istraživanje PDI, a prva serija PDI proizvoda stavljena je na tržište 2015.-2016. Wanhua Chemical je razvio 100% bio-bazirane TPU proizvode koristeći bio-bazirani PDI napravljen od kukuruznog pegla.
Što se tiče poliola na biološkoj osnovi, to uključuje politetrafluoroetilen na biološkoj osnovi (PTMEG), 1,4-butandiol na biološkoj osnovi (BDO), 1,3-propandiol na biološkoj osnovi (PDO), poliesterske poliole na biološkoj osnovi, polieter poliole na biološkoj osnovi, itd.
Trenutačno je više proizvođača TPU-a lansiralo TPU na biološkoj osnovi, čija je izvedba usporediva s tradicionalnim TPU-om na bazi petrokemije. Glavna razlika između ovih TPU-ova na biološkoj osnovi leži u razini sadržaja na biološkoj osnovi, općenito u rasponu od 30% do 40%, a neki čak postižu i više razine. U usporedbi s tradicionalnim petrokemijskim TPU-om, bio-bazirani TPU ima prednosti kao što su smanjenje emisije ugljika, održiva regeneracija sirovina, zelena proizvodnja i očuvanje resursa. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical iLinhua novi materijalilansirali su svoje TPU brendove na bazi biomase, a smanjenje ugljika i održivost također su ključni smjerovi za razvoj TPU-a u budućnosti.
Vrijeme objave: 9. kolovoza 2024