TPU er en polyuretan termoplastisk elastomer, som er en flerfase blokk-kopolymer bestående av diisocyanater, polyoler og kjedeforlengere. Som en høyytelses elastomer har TPU et bredt spekter av nedstrøms produktretninger og er mye brukt i daglige nødvendigheter, sportsutstyr, leker, dekorative materialer og andre felt, som skomaterialer, slanger, kabler, medisinsk utstyr, etc.
For tiden inkluderer de viktigste produsentene av TPU-råvarer BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman og Wanhua Chemical.Linghua nye materialer, og så videre. Med utformingen og kapasitetsutvidelsen til innenlandske bedrifter er TPU-industrien for tiden svært konkurransedyktig. Innen high-end-applikasjoner er den imidlertid fortsatt avhengig av import, som også er et område der Kina trenger å oppnå gjennombrudd. La oss snakke om de fremtidige markedsutsiktene for TPU-produkter.
1. Superkritisk skummende E-TPU
I 2012 utviklet Adidas og BASF i fellesskap løpeskomerket EnergyBoost, som bruker skummet TPU (varenavnet infinergy) som mellomsålemateriale. På grunn av bruken av polyeter-TPU med en Shore A-hardhet på 80–85 som substrat, kan skummet TPU-mellomsåler, sammenlignet med EVA-mellomsåler, fortsatt opprettholde god elastisitet og mykhet i miljøer under 0 ℃, noe som forbedrer brukerkomforten og er bredt anerkjent i markedet.
2. Fiberforsterket modifisert TPU-komposittmateriale
TPU har god slagfasthet, men i noen bruksområder kreves det høy elastisitetsmodul og svært harde materialer. Modifisering av glassfiberforsterkning er en vanlig teknikk for å øke elastisitetsmodulen til materialer. Gjennom modifisering kan man oppnå termoplastiske komposittmaterialer med mange fordeler som høy elastisitetsmodul, god isolasjon, sterk varmebestandighet, god elastisk gjenopprettingsevne, god korrosjonsbestandighet, slagfasthet, lav utvidelseskoeffisient og dimensjonsstabilitet.
BASF har introdusert en teknologi for å fremstille høymodulus glassfiberforsterket TPU ved bruk av korte glassfibre i sitt patent. En TPU med en Shore D-hardhet på 83 ble syntetisert ved å blande polytetrafluoretylenglykol (PTMEG, Mn=1000), MDI og 1,4-butandiol (BDO) med 1,3-propandiol som råmaterialer. Denne TPU-en ble blandet med glassfiber i et masseforhold på 52:48 for å oppnå et komposittmateriale med en elastisitetsmodul på 18,3 GPa og en strekkfasthet på 244 MPa.
I tillegg til glassfiber finnes det også rapporter om produkter som bruker karbonfiberkompositt TPU, som for eksempel Covestros Maezio karbonfiber/TPU-komposittplate, som har en elastisitetsmodul på opptil 100 GPa og en lavere tetthet enn metaller.
3. Halogenfri flammehemmende TPU
TPU har høy styrke, høy seighet, utmerket slitestyrke og andre egenskaper, noe som gjør det til et svært passende mantelmateriale for ledninger og kabler. Men i bruksområder som ladestasjoner kreves det høyere flammehemming. Det finnes generelt to måter å forbedre flammehemmende ytelse til TPU på. Den ene er reaktiv flammehemmende modifisering, som innebærer å introdusere flammehemmende materialer som polyoler eller isocyanater som inneholder fosfor, nitrogen og andre elementer i syntesen av TPU gjennom kjemisk binding; den andre er additiv flammehemmende modifisering, som innebærer å bruke TPU som substrat og tilsette flammehemmere for smelteblanding.
Reaktiv modifisering kan endre strukturen til TPU, men når mengden additiv flammehemmende middel er stor, reduseres styrken til TPU, prosesseringsytelsen forringes, og tilsetning av en liten mengde kan ikke oppnå det nødvendige flammehemmende nivået. For tiden finnes det ikke noe kommersielt tilgjengelig produkt med høy flammehemming som virkelig kan oppfylle bruksområdet for ladestasjoner.
Tidligere Bayer MaterialScience (nå Kostron) introduserte en gang en organisk fosforholdig polyol (IHPO) basert på fosfinoksid i et patent. Polyeteren TPU syntetisert fra IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI og BDO viser utmerket flammehemming og mekaniske egenskaper. Ekstruderingsprosessen er glatt, og overflaten på produktet er glatt.
Tilsetning av halogenfrie flammehemmere er for tiden den mest brukte tekniske metoden for å fremstille halogenfri flammehemmende TPU. Vanligvis blandes fosforbaserte, nitrogenbaserte, silisiumbaserte og borbaserte flammehemmere, eller metallhydroksider brukes som flammehemmere. På grunn av TPUs iboende brennbarhet kreves det ofte en flammehemmende fyllmengde på mer enn 30 % for å danne et stabilt flammehemmende lag under forbrenning. Men når mengden tilsatt flammehemmer er stor, fordeles flammehemmeren ujevnt i TPU-substratet, og de mekaniske egenskapene til den flammehemmende TPU-en er ikke ideelle, noe som også begrenser bruken og markedsføringen innen felt som slanger, filmer og kabler.
BASFs patent introduserer en flammehemmende TPU-teknologi, som blander melaminpolyfosfat og et fosforholdig derivat av fosfinsyre som flammehemmere med TPU med en vektgjennomsnittlig molekylvekt på over 150 kDa. Det ble funnet at flammehemmende ytelse ble betydelig forbedret samtidig som det ble oppnådd høy strekkfasthet.
For ytterligere å forbedre materialets strekkfasthet introduserer BASFs patent en metode for å fremstille en masterbatch med tverrbindingsmidler som inneholder isocyanater. Tilsetning av 2 % av denne typen masterbatch til en sammensetning som oppfyller UL94V-0-kravene til flammehemming kan øke materialets strekkfasthet fra 35 MPa til 40 MPa, samtidig som V-0-flammehemmende ytelse opprettholdes.
For å forbedre varmealdringsmotstanden til flammehemmende TPU, patentet tilLinghua nytt materialselskapintroduserer også en metode for bruk av overflatebelagte metallhydroksider som flammehemmere. For å forbedre hydrolysemotstanden til flammehemmende TPU,Linghua nytt materialselskapintroduserte metallkarbonat på grunnlag av tilsetning av melaminflammehemmende middel i en annen patentsøknad.
4. TPU for beskyttelsesfilm for billakk
Beskyttelsesfilm for billakk er en beskyttende film som isolerer lakkoverflaten fra luften etter montering, forhindrer sur nedbør, oksidasjon, riper og gir langvarig beskyttelse for lakkoverflaten. Hovedfunksjonen er å beskytte billakkoverflaten etter montering. Lakkbeskyttelsesfilmen består vanligvis av tre lag, med et selvreparerende belegg på overflaten, en polymerfilm i midten og et akryl trykkfølsomt lim på bunnlaget. TPU er et av hovedmaterialene for fremstilling av mellomliggende polymerfilmer.
Ytelseskravene for TPU brukt i lakkbeskyttelsesfilm er som følger: ripebestandighet, høy gjennomsiktighet (lysgjennomgang > 95 %), fleksibilitet ved lav temperatur, høy temperaturmotstand, strekkfasthet > 50 MPa, forlengelse > 400 % og Shore A hardhetsområde på 87–93. Den viktigste ytelsen er værbestandighet, som inkluderer motstand mot UV-aldring, termisk oksidativ nedbrytning og hydrolyse.
De nåværende modne produktene er alifatisk TPU fremstilt fra dicykloheksyldiisocyanat (H12MDI) og polykaprolaktondiol som råmaterialer. Vanlig aromatisk TPU blir synlig gul etter én dag med UV-bestråling, mens alifatisk TPU brukt til bilfolie kan opprettholde gulningskoeffisienten uten vesentlige endringer under de samme forholdene.
Poly (ε-kaprolakton) TPU har en mer balansert ytelse sammenlignet med polyeter og polyester TPU. På den ene siden kan den vise utmerket rivemotstand som vanlig polyester TPU, mens den på den andre siden også viser enestående lav kompresjon permanent deformasjon og høy rebound-ytelse som polyeter TPU, og er dermed mye brukt i markedet.
På grunn av ulike krav til produktkostnadseffektivitet etter markedssegmentering, med forbedringen av overflatebeleggteknologi og justeringsevne for limformel, er det også en mulighet for at polyeter eller vanlig polyester H12MDI alifatisk TPU kan brukes i lakkbeskyttelsesfilmer i fremtiden.
5. Biobasert TPU
Den vanlige metoden for å fremstille biobasert TPU er å introdusere biobaserte monomerer eller mellomprodukter under polymerisasjonsprosessen, slik som biobaserte isocyanater (som MDI, PDI), biobaserte polyoler, etc. Blant dem er biobaserte isocyanater relativt sjeldne på markedet, mens biobaserte polyoler er mer vanlige.
Når det gjelder biobaserte isocyanater, hadde BASF, Covestro og andre investert mye innsats i PDI-forskning så tidlig som i 2000, og den første gruppen med PDI-produkter ble lansert på markedet i 2015–2016. Wanhua Chemical har utviklet 100 % biobaserte TPU-produkter ved bruk av biobasert PDI laget av maisstøv.
Når det gjelder biobaserte polyoler, inkluderer det biobasert polytetrafluoretylen (PTMEG), biobasert 1,4-butandiol (BDO), biobasert 1,3-propandiol (PDO), biobaserte polyesterpolyoler, biobaserte polyeterpolyoler, etc.
For tiden har flere TPU-produsenter lansert biobasert TPU, hvis ytelse er sammenlignbar med tradisjonell petrokjemisk basert TPU. Hovedforskjellen mellom disse biobaserte TPU-ene ligger i nivået av biobasert innhold, vanligvis fra 30 % til 40 %, og noen oppnår enda høyere nivåer. Sammenlignet med tradisjonell petrokjemisk basert TPU har biobasert TPU fordeler som reduksjon av karbonutslipp, bærekraftig regenerering av råvarer, grønn produksjon og ressursbevaring. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical ogLinghua nye materialerhar lansert sine biobaserte TPU-merker, og karbonreduksjon og bærekraft er også viktige retninger for TPU-utvikling i fremtiden.
Publisert: 09.08.2024