TPU este un elastomer termoplastic poliuretanic, un copolimer bloc multifazic compus din diizocianați, polioli și agenți de extindere a lanțului. Ca elastomer de înaltă performanță, TPU are o gamă largă de aplicații în aval și este utilizat pe scară largă în articole de uz zilnic, echipamente sportive, jucării, materiale decorative și alte domenii, cum ar fi materiale pentru încălțăminte, furtunuri, cabluri, dispozitive medicale etc.
În prezent, principalii producători de materii prime TPU includ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua noi materiale... și așa mai departe. Odată cu extinderea structurii și a capacității întreprinderilor autohtone, industria TPU este în prezent extrem de competitivă. Cu toate acestea, în domeniul aplicațiilor de înaltă calitate, aceasta se bazează încă pe importuri, acesta fiind, de asemenea, un domeniu în care China trebuie să realizeze progrese. Să vorbim despre perspectivele viitoare ale pieței produselor TPU.
1. E-TPU cu spumare supercritică
În 2012, Adidas și BASF au dezvoltat împreună marca de pantofi de alergare EnergyBoost, care folosește TPU spumat (denumire comercială infinergy) ca material pentru talpa intermediară. Datorită utilizării polieterului TPU cu o duritate Shore A de 80-85 ca substrat, comparativ cu talpa intermediară din EVA, talpa intermediară din TPU spumat își poate menține o elasticitate și o moliciune bune în medii sub 0 ℃, ceea ce îmbunătățește confortul la purtare și este recunoscut pe scară largă pe piață.
2. Material compozit TPU modificat armat cu fibre
TPU are o rezistență bună la impact, dar în unele aplicații este necesar un modul de elasticitate ridicat și materiale foarte dure. Modificarea armăturii cu fibră de sticlă este o tehnică frecvent utilizată pentru creșterea modulului de elasticitate al materialelor. Prin modificare, se pot obține materiale compozite termoplastice cu numeroase avantaje, cum ar fi modul de elasticitate ridicat, izolație bună, rezistență puternică la căldură, performanțe bune de recuperare elastică, rezistență bună la coroziune, rezistență la impact, coeficient de dilatare scăzut și stabilitate dimensională.
BASF a introdus în brevetul său o tehnologie pentru prepararea TPU armat cu fibră de sticlă cu modul de elasticitate ridicat, utilizând fibre scurte de sticlă. Un TPU cu o duritate Shore D de 83 a fost sintetizat prin amestecarea politetrafluoroetilen glicolului (PTMEG, Mn=1000), MDI și 1,4-butanediol (BDO) cu 1,3-propanediol ca materii prime. Acest TPU a fost combinat cu fibră de sticlă într-un raport de masă de 52:48 pentru a obține un material compozit cu un modul de elasticitate de 18,3 GPa și o rezistență la tracțiune de 244 MPa.
Pe lângă fibra de sticlă, există și rapoarte despre produse care utilizează TPU compozit din fibră de carbon, cum ar fi placa compozită Maezio din fibră de carbon/TPU de la Covestro, care are un modul de elasticitate de până la 100 GPa și o densitate mai mică decât metalele.
3. TPU ignifug fără halogeni
TPU are o rezistență ridicată, o tenacitate ridicată, o rezistență excelentă la uzură și alte proprietăți, ceea ce îl face un material de înveliș foarte potrivit pentru fire și cabluri. Însă în domenii de aplicare, cum ar fi stațiile de încărcare, este necesară o ignifugare mai mare. Există, în general, două modalități de a îmbunătăți performanța ignifugă a TPU. Una este modificarea reactivă ignifugă, care implică introducerea în sinteza TPU a materialelor ignifuge, cum ar fi poliolii sau izocianați care conțin fosfor, azot și alte elemente, prin legături chimice; a doua este modificarea aditivă ignifugă, care implică utilizarea TPU ca substrat și adăugarea de ignifuganți pentru amestecarea topiturii.
Modificarea reactivă poate schimba structura TPU-ului, dar atunci când cantitatea de aditiv ignifug este mare, rezistența TPU-ului scade, performanța de procesare se deteriorează, iar adăugarea unei cantități mici nu poate atinge nivelul necesar de ignifugare. În prezent, nu există niciun produs cu ignifugare ridicată disponibil comercial care să poată satisface cu adevărat aplicațiile stațiilor de încărcare.
Fosta companie Bayer MaterialScience (acum Kostron) a introdus odată un poliol organic care conține fosfor (IHPO) pe bază de oxid de fosfină într-un brevet. Polieterul TPU sintetizat din IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI și BDO prezintă proprietăți excelente de ignifugare și mecanice. Procesul de extrudare este neted, iar suprafața produsului este netedă.
Adăugarea de ignifuganți fără halogeni este în prezent cea mai frecvent utilizată metodă tehnică pentru prepararea TPU ignifug fără halogeni. În general, se utilizează ignifugți pe bază de fosfor, azot, siliciu, bor sau se utilizează hidroxizi metalici. Datorită inflamabilității inerente a TPU, este adesea necesară o cantitate de umplere cu ignifug mai mare de 30% pentru a forma un strat ignifug stabil în timpul arderii. Cu toate acestea, atunci când cantitatea de ignifug adăugată este mare, ignifugul este dispersat neuniform în substratul TPU, iar proprietățile mecanice ale TPU ignifug nu sunt ideale, ceea ce limitează, de asemenea, aplicarea și promovarea sa în domenii precum furtunuri, folii și cabluri.
Brevetul BASF introduce o tehnologie TPU ignifugă, care combină polifosfat de melamină și un derivat al acidului fosfinic care conține fosfor ca agenți ignifugi cu TPU cu o greutate moleculară medie ponderată mai mare de 150 kDa. S-a constatat că performanța ignifugă a fost semnificativ îmbunătățită, atingând în același timp o rezistență ridicată la tracțiune.
Pentru a spori și mai mult rezistența la tracțiune a materialului, brevetul BASF introduce o metodă de preparare a unui masterbatch de agent de reticulare care conține izocianați. Adăugarea a 2% din acest tip de masterbatch la o compoziție care îndeplinește cerințele de ignifugare UL94V-0 poate crește rezistența la tracțiune a materialului de la 35MPa la 40MPa, menținând în același timp performanța de ignifugare V-0.
Pentru a îmbunătăți rezistența la îmbătrânire termică a TPU ignifug, brevetulCompania Linghua de materiale noiintroduce, de asemenea, o metodă de utilizare a hidroxizilor metalici acoperiți la suprafață ca agenți ignifugi. Pentru a îmbunătăți rezistența la hidroliză a TPU ignifug,Compania Linghua de materiale noia introdus carbonat metalic pe baza adăugării de ignifug al melaminei într-o altă cerere de brevet.
4. TPU pentru folie de protecție a vopselei auto
Folia de protecție a vopselei auto este o folie protectoare care izolează suprafața vopselei de aer după instalare, previne ploile acide, oxidarea, zgârieturile și oferă o protecție de lungă durată pentru suprafața vopselei. Funcția sa principală este de a proteja suprafața vopselei auto după instalare. Folia de protecție a vopselei constă, în general, din trei straturi, cu un strat auto-reparator pe suprafață, o folie polimerică la mijloc și un adeziv acrilic sensibil la presiune pe stratul inferior. TPU este unul dintre principalele materiale pentru prepararea foliilor polimerice intermediare.
Cerințele de performanță pentru TPU utilizat în pelicula de protecție a vopselei sunt următoarele: rezistență la zgârieturi, transparență ridicată (transmitanță a luminii > 95%), flexibilitate la temperaturi scăzute, rezistență la temperaturi ridicate, rezistență la tracțiune > 50 MPa, alungire > 400% și duritate Shore A între 87-93; Cea mai importantă performanță este rezistența la intemperii, care include rezistența la îmbătrânirea UV, degradarea termică oxidativă și hidroliză.
Produsele mature în prezent sunt TPU alifatice preparate din diizocianat de diciclohexil (H12MDI) și policaprolactonă diol ca materii prime. TPU-ul aromatic obișnuit se îngălbenește vizibil după o zi de iradiere UV, în timp ce TPU-ul alifatic utilizat pentru folia de înveliș auto își poate menține coeficientul de îngălbenire fără modificări semnificative în aceleași condiții.
Poli(ε-caprolactonă) TPU are o performanță mai echilibrată în comparație cu polieterul și poliesterul TPU. Pe de o parte, poate prezenta o rezistență excelentă la rupere, similară cu poliesterul TPU obișnuit, iar pe de altă parte, demonstrează, de asemenea, o performanță remarcabilă de compresie redusă, deformare permanentă și o performanță ridicată de recul specifică polieterului TPU, fiind astfel utilizat pe scară largă pe piață.
Datorită cerințelor diferite privind rentabilitatea produsului după segmentarea pieței, odată cu îmbunătățirea tehnologiei de acoperire a suprafeței și a capacității de ajustare a formulei adezivului, există și posibilitatea ca polieterul sau poliesterul obișnuit H12MDI TPU alifatic să fie aplicat în viitor pe peliculele de protecție a vopselei.
5. TPU biobazat
Metoda obișnuită de preparare a TPU-urilor bio este introducerea monomerilor sau intermediarilor bio în timpul procesului de polimerizare, cum ar fi izocianații bio (cum ar fi MDI, PDI), poliolii bio etc. Printre aceștia, izocianații bio sunt relativ rari pe piață, în timp ce poliolii bio sunt mai comuni.
În ceea ce privește izocianații bio, încă din anul 2000, BASF, Covestro și alții au investit mult efort în cercetarea PDI, iar primul lot de produse PDI a fost introdus pe piață în 2015-2016. Wanhua Chemical a dezvoltat produse TPU 100% bio folosind PDI bio obținut din păduri de porumb.
În ceea ce privește poliolii pe bază de bio, aceștia includ politetrafluoroetilenă pe bază de bio (PTMEG), 1,4-butanediol pe bază de bio (BDO), 1,3-propanediol pe bază de bio (PDO), polioli poliesterici pe bază de bio, polioli polieteri pe bază de bio etc.
În prezent, mai mulți producători de TPU au lansat TPU pe bază de biomasă, a cărui performanță este comparabilă cu TPU-ul tradițional pe bază de produse petrochimice. Principala diferență dintre aceste TPU-uri pe bază de biomasă constă în nivelul de conținut de biomasă, variind în general între 30% și 40%, unele chiar atingând niveluri mai ridicate. Comparativ cu TPU-ul tradițional pe bază de produse petrochimice, TPU-ul pe bază de biomasă are avantaje precum reducerea emisiilor de carbon, regenerarea durabilă a materiilor prime, producția ecologică și conservarea resurselor. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical șiLinghua noi materialeși-au lansat mărcile de TPU pe bază de biomateriale, iar reducerea emisiilor de carbon și sustenabilitatea sunt, de asemenea, direcții cheie pentru dezvoltarea TPU în viitor.
Data publicării: 09 august 2024