TPU je poliuretanski termoplastični elastomer, višefazni blok kopolimer sastavljen od diizocijanata, poliola i produživača lanca. Kao visokoperformansni elastomer, TPU ima širok spektar upotrebe u proizvodnji i široko se koristi u svakodnevnim potrepštinama, sportskoj opremi, igračkama, dekorativnim materijalima i drugim oblastima, kao što su materijali za obuću, crijeva, kablovi, medicinski uređaji itd.
Trenutno, glavni proizvođači sirovina za TPU uključuju BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua novi materijali, i tako dalje. S obzirom na raspored i širenje kapaciteta domaćih preduzeća, industrija TPU-a je trenutno vrlo konkurentna. Međutim, u oblasti visokokvalitetne primjene, ona se i dalje oslanja na uvoz, što je također područje u kojem Kina treba postići napredak. Razgovarajmo o budućim tržišnim izgledima TPU proizvoda.
1. Superkritični pjenušavi E-TPU
Adidas i BASF su 2012. godine zajednički razvili brend patika za trčanje EnergyBoost, koji koristi pjenasti TPU (trgovački naziv Infinergy) kao materijal srednjeg đona. Zahvaljujući upotrebi polieterskog TPU-a sa tvrdoćom Shore A od 80-85 kao podloge, u poređenju sa EVA srednjim đonovima, pjenasti TPU srednji đonovi i dalje mogu održati dobru elastičnost i mekoću u okruženjima ispod 0 ℃, što poboljšava udobnost nošenja i široko je priznato na tržištu.
2. Kompozitni materijal od TPU-a ojačanog vlaknima
TPU ima dobru otpornost na udarce, ali u nekim primjenama potrebni su visoki modul elastičnosti i vrlo tvrdi materijali. Modifikacija ojačanja staklenim vlaknima je često 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, dobre performanse elastičnog oporavka, dobra otpornost na koroziju, otpornost na udarce, nizak koeficijent širenja i dimenzionalna stabilnost.
BASF je u svom patentu predstavio tehnologiju za pripremu visokomodularnog TPU ojačanog staklenim vlaknima korištenjem kratkih staklenih vlakana. TPU sa Shore D tvrdoćom od 83 sintetiziran je miješanjem politetrafluoroetilen glikola (PTMEG, Mn=1000), MDI-ja i 1,4-butandiola (BDO) sa 1,3-propandiolom kao sirovinama. Ovaj TPU je pomiješan sa staklenim vlaknima u masenom omjeru 52:48 kako bi se dobio kompozitni materijal sa modulom elastičnosti od 18,3 GPa i zateznom čvrstoćom od 244 MPa.
Pored staklenih vlakana, postoje i izvještaji o proizvodima koji koriste TPU kompozit od karbonskih vlakana, kao što je Covestrova Maezio kompozitna ploča od karbonskih 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, odličnu otpornost na habanje i druga svojstva, što ga čini vrlo pogodnim materijalom za plašt žica i kablova. Međutim, u područjima primjene kao što su stanice za punjenje, potrebna je veća otpornost na plamen. Općenito postoje dva načina za poboljšanje performansi usporavanja plamena TPU-a. Jedan je reaktivna modifikacija usporavanja 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 hemijskog vezivanja; Drugi je aditivna modifikacija usporavanja plamena, koja uključuje korištenje TPU-a kao podloge i dodavanje usporivača plamena za miješanje rastopa.
Reaktivna modifikacija može promijeniti strukturu TPU-a, ali kada je količina aditiva usporivača plamena velika, čvrstoća TPU-a se smanjuje, performanse obrade se pogoršavaju, a dodavanjem male količine ne može se postići potreban nivo usporavanja plamena. Trenutno ne postoji komercijalno dostupan proizvod s visokim učinkom usporavanja plamena koji zaista može zadovoljiti primjenu stanica za punjenje.
Bivši Bayer MaterialScience (sada Kostron) je jednom prilikom u patentu predstavio organski poliol koji sadrži fosfor (IHPO) na bazi fosfin oksida. Polieter TPU sintetiziran iz IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI i BDO pokazuje odlična svojstva usporavanja plamena i mehanička svojstva. Proces ekstruzije je gladak, a površina proizvoda je glatka.
Dodavanje usporivača gorenja bez halogena trenutno je najčešće korišteni tehnički put za pripremu TPU usporivača gorenja bez halogena. Općenito, usporivači gorenja na bazi fosfora, dušika, silicija ili bora se miješaju ili se kao usporivači gorenja koriste metalni hidroksidi. Zbog inherentne zapaljivosti TPU-a, često je potrebna količina usporivača gorenja veća od 30% da bi se formirao stabilan sloj usporivača gorenja tokom sagorijevanja. Međutim, kada je količina dodanog usporivača gorenja velika, usporivač gorenja se neravnomjerno raspršuje u TPU podlozi, a mehanička svojstva TPU usporivača gorenja nisu idealna, što također ograničava njegovu primjenu i promociju u poljima kao što su crijeva, filmovi i kablovi.
BASF-ov patent uvodi tehnologiju TPU usporivača gorenja, koja miješa melamin polifosfat i derivat fosfinske kiseline koji sadrži fosfor kao usporivače gorenja sa TPU-om sa prosječnom molekularnom težinom većom od 150kDa. Utvrđeno je da su performanse usporivača gorenja značajno poboljšane uz postizanje visoke zatezne čvrstoće.
Kako bi se dodatno poboljšala zatezna čvrstoća materijala, BASF-ov patent uvodi metodu za pripremu masterbatcha za umrežavanje koji sadrži izocijanate. Dodavanje 2% ove vrste masterbatcha sastavu koji ispunjava zahtjeve UL94V-0 za usporavanje plamena može povećati zateznu čvrstoću materijala sa 35MPa na 40MPa, uz održavanje performansi usporavanja plamena V-0.
Da bi se poboljšala otpornost na toplotno starenje TPU materijala koji usporava plamen, patent odKompanija za nove materijale Linghuatakođer predstavlja metodu korištenja površinski obloženih metalnih hidroksida kao usporivača plamena. Kako bi se poboljšala otpornost na hidrolizu TPU-a koji usporava plamen,Kompanija za nove materijale Linghuau drugoj patentnoj prijavi uveli su metalni karbonat na osnovu dodavanja melamina kao usporivača gorenja.
4. TPU za zaštitnu foliju za automobilsku boju
Zaštitna folija za lak automobila je zaštitna folija koja izoluje površinu laka od zraka nakon instalacije, sprječava kisele kiše, oksidaciju, ogrebotine i pruža dugotrajnu zaštitu površine laka. Njena glavna funkcija je zaštita površine laka automobila nakon instalacije. Zaštitna folija za lak se uglavnom sastoji od tri sloja, sa samoobnavljajućim 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 TPU-a koji se koristi u zaštitnoj foliji za boju su sljedeći: otpornost na ogrebotine, visoka prozirnost (propusnost svjetlosti > 95%), fleksibilnost na niskim temperaturama, otpornost na visoke temperature, zatezna čvrstoća > 50 MPa, izduženje > 400% i tvrdoća Shore A u rasponu od 87-93; Najvažnija performansa je otpornost na vremenske uvjete, koja uključuje otpornost na UV starenje, termičku oksidativnu degradaciju i hidrolizu.
Trenutno zreli proizvodi su alifatski TPU pripremljen od dicikloheksil diizocijanata (H12MDI) i polikaprolakton diola kao sirovina. Obični aromatski TPU vidljivo postaje žut nakon jednog dana UV zračenja, dok alifatski TPU koji se koristi za folije za oblaganje automobila može održati svoj koeficijent žutila bez značajnih promjena pod istim uslovima.
Poli (ε-kaprolakton) TPU ima uravnoteženije performanse u poređenju sa polieterskim i poliesterskim TPU. S jedne strane, može pokazati odličnu otpornost na kidanje običnog poliesterskog TPU, dok s druge strane, također pokazuje izvanredne niske trajne deformacije pri kompresiji i visoke performanse odbijanja polieterskog TPU, zbog čega se široko koristi na tržištu.
Zbog različitih zahtjeva za isplativost proizvoda nakon segmentacije tržišta, s poboljšanjem tehnologije površinskog premaza i mogućnosti prilagođavanja formule ljepila, postoji i mogućnost da se polieter ili obični poliester H12MDI alifatski TPU primijeni na zaštitne folije za boju u budućnosti.
5. Biobazirani TPU
Uobičajena metoda za pripremu biobaziranog TPU-a je uvođenje biobaziranih monomera ili međuprodukata tokom procesa polimerizacije, kao što su biobazirani izocijanati (kao što su MDI, PDI), biobazirani polioli itd. Među njima, biobazirani izocijanati su relativno rijetki na tržištu, dok su biobazirani polioli češći.
Što se tiče bioizocijanata, još 2000. godine, BASF, Covestro i drugi su uložili mnogo truda u istraživanje PDI-ja, a prva serija PDI proizvoda plasirana je na tržište 2015-2016. godine. Wanhua Chemical je razvio 100% biobazirane TPU proizvode koristeći biobazirani PDI napravljen od kukuruznih zrna.
Što se tiče bio poliola, to uključuje bio politetrafluoroetilen (PTMEG), bio 1,4-butandiol (BDO), bio 1,3-propandiol (PDO), bio poliester poliole, bio polieterske poliole itd.
Trenutno, više proizvođača TPU-a lansiralo je TPU na biološkoj bazi, čije su performanse uporedive s tradicionalnim TPU-om na bazi petrohemije. Glavna razlika između ovih TPU-ova na biološkoj bazi leži u nivou sadržaja bioloških sastojaka, koji se uglavnom kreće od 30% do 40%, a neki postižu čak i više nivoe. U poređenju s tradicionalnim TPU-om na bazi petrohemije, TPU na biološkoj bazi ima prednosti kao što su smanjenje emisije ugljika, održiva regeneracija sirovina, zelena proizvodnja i očuvanje resursa. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical iLinghua novi materijalilansirali su svoje TPU brendove na biološkoj bazi, a smanjenje emisije ugljika i održivost su također ključni pravci za razvoj TPU-a u budućnosti.
Vrijeme objave: 09.08.2024.