TPU är en polyuretan-termoplastisk elastomer, vilket är en flerfas-blocksampolymer bestående av diisocyanater, polyoler och kedjeförlängare. Som en högpresterande elastomer har TPU ett brett spektrum av nedströms produktriktningar och används ofta inom dagliga förnödenheter, sportutrustning, leksaker, dekorativa material och andra områden, såsom skomaterial, slangar, kablar, medicintekniska produkter etc.
För närvarande inkluderar de viktigaste tillverkarna av TPU-råmaterial BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua nya material... och så vidare. Med den utformning och kapacitetsutbyggnad som inhemska företag har gjort är TPU-industrin för närvarande mycket konkurrenskraftig. Men inom avancerade applikationer är den fortfarande beroende av import, vilket också är ett område där Kina behöver göra genombrott. Låt oss prata om de framtida marknadsutsikterna för TPU-produkter.
1. Superkritisk skummande E-TPU
År 2012 utvecklade Adidas och BASF gemensamt löparskomärket EnergyBoost, som använder skummad TPU (varumärket infinergy) som mellansulamaterial. Tack vare användningen av polyeter-TPU med en Shore A-hårdhet på 80-85 som substrat, jämfört med EVA-mellansulor, kan skummade TPU-mellansulor fortfarande bibehålla god elasticitet och mjukhet i miljöer under 0 ℃, vilket förbättrar bärkomforten och är allmänt erkänt på marknaden.
2. Fiberförstärkt modifierat TPU-kompositmaterial
TPU har god slagtålighet, men i vissa tillämpningar krävs hög elasticitetsmodul och mycket hårda material. Modifiering av glasfiberarmering är en vanligt förekommande teknik för att öka materials elasticitetsmodul. Genom modifiering kan termoplastiska kompositmaterial med många fördelar erhållas, såsom hög elasticitetsmodul, god isolering, stark värmebeständighet, god elastisk återhämtningsförmåga, god korrosionsbeständighet, slagtålighet, låg expansionskoefficient och dimensionsstabilitet.
BASF har i sitt patent introducerat en teknik för att framställa högmodulär glasfiberförstärkt TPU med hjälp av korta glasfibrer. En TPU med en Shore D-hårdhet på 83 syntetiserades genom att blanda polytetrafluoretylenglykol (PTMEG, Mn=1000), MDI och 1,4-butandiol (BDO) med 1,3-propandiol som råmaterial. Denna TPU blandades med glasfiber i ett massförhållande på 52:48 för att erhålla ett kompositmaterial med en elasticitetsmodul på 18,3 GPa och en draghållfasthet på 244 MPa.
Förutom glasfiber finns det även rapporter om produkter som använder kolfiberkomposit-TPU, såsom Covestros Maezio-kolfiber/TPU-kompositskiva, som har en elasticitetsmodul på upp till 100 GPa och en lägre densitet än metaller.
3. Halogenfri flamskyddsmedel i TPU
TPU har hög hållfasthet, hög seghet, utmärkt slitstyrka och andra egenskaper, vilket gör det till ett mycket lämpligt mantelmaterial för ledningar och kablar. Men inom tillämpningsområden som laddningsstationer krävs högre flamskyddsförmåga. Det finns generellt två sätt att förbättra TPU:s flamskyddsprestanda. Det ena är reaktiv flamskyddsmodifiering, vilket innebär att flamskyddsmaterial som polyoler eller isocyanater som innehåller fosfor, kväve och andra element införs i syntesen av TPU genom kemisk bindning; det andra är additiv flamskyddsmodifiering, vilket innebär att man använder TPU som substrat och tillsätter flamskyddsmedel för smältblandning.
Reaktiv modifiering kan förändra TPU:s struktur, men när mängden tillsatt flamskyddsmedel är stor minskar TPU:s styrka, bearbetningsprestandan försämras och genom att tillsätta en liten mängd kan man inte uppnå den erforderliga flamskyddsnivån. För närvarande finns det ingen kommersiellt tillgänglig produkt med hög flamskyddsförmåga som verkligen kan uppfylla tillämpningen för laddningsstationer.
Tidigare Bayer MaterialScience (numera Kostron) introducerade en gång i ett patent en organisk fosforhaltig polyol (IHPO) baserad på fosfinoxid. Polyetern TPU syntetiserad från IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI och BDO uppvisar utmärkta flamskyddsegenskaper och mekaniska egenskaper. Extruderingsprocessen är slät och produktens yta är slät.
Tillsats av halogenfria flamskyddsmedel är för närvarande den vanligaste tekniska metoden för att framställa halogenfria flamskyddsmedel av TPU. Generellt sett blandas fosforbaserade, kvävebaserade, kiselbaserade och borbaserade flamskyddsmedel eller används metallhydroxider som flamskyddsmedel. På grund av TPU:s inneboende brandfarlighet krävs ofta en mängd flamskyddsmedel på mer än 30 % för att bilda ett stabilt flamskyddsskikt under förbränning. Men när mängden tillsatt flamskyddsmedel är stor fördelas flamskyddsmedlet ojämnt i TPU-substratet, och de mekaniska egenskaperna hos det flamskyddsmedlet av TPU är inte idealiska, vilket också begränsar dess tillämpning och marknadsföring inom områden som slangar, filmer och kablar.
BASFs patent introducerar en flamskyddsmedelsteknik för TPU, som blandar melaminpolyfosfat och ett fosforinnehållande derivat av fosfinsyra som flamskyddsmedel med TPU med en viktmedelmolekylvikt större än 150 kDa. Det visade sig att flamskyddsprestanda förbättrades avsevärt samtidigt som hög draghållfasthet uppnåddes.
För att ytterligare förbättra materialets draghållfasthet introducerar BASF:s patent en metod för att framställa en masterbatch av tvärbindningsmedel innehållande isocyanater. Att tillsätta 2 % av denna typ av masterbatch till en komposition som uppfyller UL94V-0-kraven för flamskyddsmedel kan öka materialets draghållfasthet från 35 MPa till 40 MPa samtidigt som V-0-flamskyddsprestanda bibehålls.
För att förbättra värmeåldringsbeständigheten hos flamskyddsmedel TPU, patentet förLinghua nya materialföretagintroducerar även en metod för att använda ytbelagda metallhydroxider som flamskyddsmedel. För att förbättra hydrolysbeständigheten hos flamskyddsmedel TPU,Linghua nya materialföretagintroducerade metallkarbonat baserat på tillsats av melaminflamskyddsmedel i en annan patentansökan.
4. TPU för lackskyddsfilm för bilar
Lackskyddsfilm för bilar är en skyddande film som isolerar lackytan från luften efter installation, förhindrar surt regn, oxidation, repor och ger ett långvarigt skydd för lackytan. Dess huvudsakliga funktion är att skydda lackytan efter installation. Lackskyddsfilmen består vanligtvis av tre lager, med en självläkande beläggning på ytan, en polymerfilm i mitten och ett akrylhäftande lim på det undre lagret. TPU är ett av huvudmaterialen för att framställa mellanliggande polymerfilmer.
Prestandakraven för TPU som används i färgskyddsfilm är följande: reptålighet, hög transparens (ljusgenomsläpplighet >95 %), flexibilitet vid låg temperatur, hög temperaturbeständighet, draghållfasthet >50 MPa, töjning >400 % och Shore A-hårdhet på 87-93. Den viktigaste prestandan är väderbeständighet, vilket inkluderar motståndskraft mot UV-åldring, termisk oxidativ nedbrytning och hydrolys.
De för närvarande mogna produkterna är alifatisk TPU framställd av dicyklohexyldiisocyanat (H12MDI) och polykaprolaktondiol som råmaterial. Vanlig aromatisk TPU gulnar synligt efter en dags UV-bestrålning, medan alifatisk TPU som används för bilfolie kan bibehålla sin gulningskoefficient utan signifikanta förändringar under samma förhållanden.
Poly(ε-kaprolakton) TPU har en mer balanserad prestanda jämfört med polyeter- och polyester-TPU. Å ena sidan kan den uppvisa utmärkt rivhållfasthet jämfört med vanlig polyester-TPU, samtidigt som den å andra sidan också uppvisar enastående låg kompressions- och permanent deformation och hög återhämtning, vilket är jämfört med polyeter-TPU, och används därför i stor utsträckning på marknaden.
På grund av olika krav på produktkostnadseffektivitet efter marknadssegmentering, med förbättringen av ytbeläggningsteknik och justeringsförmågan av limformeln, finns det också en chans att polyeter eller vanlig polyester H12MDI alifatisk TPU kommer att appliceras på lackskyddsfilmer i framtiden.
5. Biobaserad TPU
Den vanliga metoden för att framställa biobaserad TPU är att introducera biobaserade monomerer eller intermediärer under polymerisationsprocessen, såsom biobaserade isocyanater (såsom MDI, PDI), biobaserade polyoler, etc. Bland dem är biobaserade isocyanater relativt sällsynta på marknaden, medan biobaserade polyoler är vanligare.
När det gäller biobaserade isocyanater hade BASF, Covestro och andra redan år 2000 investerat mycket arbete i PDI-forskning, och den första omgången PDI-produkter släpptes ut på marknaden under 2015-2016. Wanhua Chemical har utvecklat 100 % biobaserade TPU-produkter med hjälp av biobaserad PDI tillverkad av majsstrån.
När det gäller biobaserade polyoler inkluderar det biobaserad polytetrafluoroetylen (PTMEG), biobaserad 1,4-butandiol (BDO), biobaserad 1,3-propandiol (PDO), biobaserade polyesterpolyoler, biobaserade polyeterpolyoler, etc.
För närvarande har flera TPU-tillverkare lanserat biobaserad TPU, vars prestanda är jämförbar med traditionell petrokemiskt baserad TPU. Den största skillnaden mellan dessa biobaserade TPU:er ligger i nivån av biobaserat innehåll, som vanligtvis varierar från 30 % till 40 %, där vissa uppnår ännu högre nivåer. Jämfört med traditionell petrokemiskt baserad TPU har biobaserad TPU fördelar som minskade koldioxidutsläpp, hållbar regenerering av råvaror, grön produktion och resursbesparingar. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical och ...Linghua nya materialhar lanserat sina biobaserade TPU-varumärken, och koldioxidreduktion och hållbarhet är också viktiga inriktningar för TPU-utvecklingen i framtiden.
Publiceringstid: 9 augusti 2024