TPU е полиуретанов термопластичен еластомер, който е многофазен блоков съполимер, съставен от диизоцианати, полиоли и удължители на веригата. Като високоефективен еластомер, TPU има широк спектър от насоки за производство на продукти и се използва широко в стоки от първа необходимост, спортна екипировка, играчки, декоративни материали и други области, като например материали за обувки, маркучи, кабели, медицински изделия и др.
В момента основните производители на суровини за TPU включват BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Нови материали на Linhuaи т.н. С разширяването на структурата и капацитета на местните предприятия, индустрията за TPU в момента е силно конкурентна. Въпреки това, в областта на високия клас приложения, тя все още разчита на внос, което също е област, в която Китай трябва да постигне пробив. Нека поговорим за бъдещите пазарни перспективи на продуктите от TPU.
1. Свръхкритичен пенообразуващ E-TPU
През 2012 г. Adidas и BASF съвместно разработиха марката маратонки EnergyBoost, която използва разпенен TPU (търговско наименование Infinergy) като материал за междинната подметка. Благодарение на използването на полиетер TPU с твърдост по Shore A от 80-85 като основа, в сравнение с междинните подметки от EVA, разпенените междинни подметки от TPU могат да поддържат добра еластичност и мекота в среди под 0 ℃, което подобрява комфорта при носене и е широко разпознаваемо на пазара.
2. Модифициран TPU композитен материал, подсилен с влакна
TPU има добра устойчивост на удар, но в някои приложения са необходими висок модул на еластичност и много твърди материали. Модификацията на армировката със стъклени влакна е често използвана техника за увеличаване на модула на еластичност на материалите. Чрез модификация могат да се получат термопластични композитни материали с много предимства, като висок модул на еластичност, добра изолация, силна топлоустойчивост, добри еластични възстановявания, добра устойчивост на корозия, удароустойчивост, нисък коефициент на разширение и размерна стабилност.
В своя патент BASF въведе технология за получаване на високомодулен TPU, подсилен със стъклени фибростъкло, използвайки къси стъклени влакна. TPU с твърдост по Shore D 83 е синтезиран чрез смесване на политетрафлуороетилен гликол (PTMEG, Mn=1000), MDI и 1,4-бутандиол (BDO) с 1,3-пропандиол като суровини. Този TPU е смесен със стъклени влакна в масово съотношение 52:48, за да се получи композитен материал с модул на еластичност 18,3 GPa и якост на опън 244 MPa.
В допълнение към стъклените влакна, има и съобщения за продукти, използващи композитен TPU от въглеродни влакна, като например композитната плоскост от въглеродни влакна/TPU Maezio на Covestro, която има модул на еластичност до 100GPa и по-ниска плътност от металите.
3. Безхалогенен огнеупорен TPU
TPU има висока якост, висока жилавост, отлична износоустойчивост и други свойства, което го прави много подходящ материал за обвивка на проводници и кабели. Но в области на приложение, като например зарядни станции, се изисква по-висока степен на забавяне на горенето. Обикновено има два начина за подобряване на огнеупорните характеристики на TPU. Единият е реактивна модификация със забавяне на горенето, която включва въвеждане на огнеупорни материали като полиоли или изоцианати, съдържащи фосфор, азот и други елементи, в синтеза на TPU чрез химическо свързване; вторият е адитивна модификация със забавяне на горенето, която включва използването на TPU като субстрат и добавяне на забавители на горенето за смесване на стопилката.
Реактивната модификация може да промени структурата на TPU, но когато количеството на добавката за забавяне на горенето е голямо, здравината на TPU намалява, производителността на обработка се влошава и добавянето на малко количество не може да постигне необходимото ниво на забавяне на горенето. Понастоящем няма търговски достъпен продукт с високо съдържание на забавяне на горенето, който наистина да отговаря на приложението на зарядни станции.
Бившата компания Bayer MaterialScience (сега Kostron) някога представи в патент органичен фосфорсъдържащ полиол (IHPO) на базата на фосфинов оксид. Полиетерният TPU, синтезиран от IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI и BDO, показва отлични огнеупорни и механични свойства. Процесът на екструдиране е гладък, а повърхността на продукта е гладка.
Добавянето на безхалогенни забавители на горенето в момента е най-често използваният технически път за получаване на безхалогенен огнеупорен TPU. Обикновено се комбинират забавители на горенето на основата на фосфор, азот, силиций или бор или се използват метални хидроксиди като забавители на горенето. Поради присъщата запалимост на TPU, често е необходимо количество забавител на горенето над 30%, за да се образува стабилен слой от забавител на горенето по време на горене. Когато обаче количеството добавен забавител на горенето е голямо, той се разпределя неравномерно в TPU субстрата и механичните свойства на забавителя на горенето TPU не са идеални, което също ограничава приложението и разпространението му в области като маркучи, фолиа и кабели.
Патентът на BASF въвежда технология за забавяне на горенето TPU, която смесва меламин полифосфат и фосфорсъдържащо производно на фосфинова киселина като забавители на горенето с TPU със средно тегловно молекулно тегло по-голямо от 150kDa. Установено е, че характеристиките на забавянето на горенето са значително подобрени, като същевременно се постига висока якост на опън.
За да се подобри допълнително якостта на опън на материала, патентът на BASF въвежда метод за приготвяне на мастербач с омрежващ агент, съдържащ изоцианати. Добавянето на 2% от този тип мастербач към състав, който отговаря на изискванията за забавяне на горенето UL94V-0, може да увеличи якостта на опън на материала от 35 MPa до 40 MPa, като същевременно се запази огнеупорната ефективност V-0.
За да се подобри устойчивостта на топлинно стареене на огнеупорния TPU, патентът наКомпания за нови материали Лингуасъщо така въвежда метод за използване на повърхностно покрити метални хидроксиди като забавители на горенето. За да се подобри устойчивостта на хидролиза на забавителя на горенето TPU,Компания за нови материали Лингуавъведе метален карбонат въз основа на добавяне на меламин, забавител на горенето, в друга патентна заявка.
4. TPU за автомобилно фолио за защита на боята
Защитното фолио за боядисване на автомобили е защитно фолио, което изолира повърхността на боята от въздуха след монтажа, предотвратява киселинни дъждове, окисляване, надраскване и осигурява дълготрайна защита на повърхността на боята. Основната му функция е да предпазва повърхността на боята на автомобила след монтажа. Защитното фолио за боядисване обикновено се състои от три слоя, със самовъзстановяващо се покритие на повърхността, полимерен филм в средата и акрилно самозалепващо се лепило на долния слой. TPU е един от основните материали за приготвяне на междинни полимерни филми.
Изискванията за експлоатационни характеристики на TPU, използван в защитно фолио за боя, са следните: устойчивост на надраскване, висока прозрачност (пропускливост на светлина > 95%), гъвкавост при ниски температури, устойчивост на високи температури, якост на опън > 50 MPa, удължение > 400% и твърдост по Shore A в диапазона 87-93; Най-важната характеристика е устойчивостта на атмосферни влияния, която включва устойчивост на UV стареене, термично окислително разграждане и хидролиза.
В момента зрелите продукти са алифатен TPU, приготвен от дициклохексил диизоцианат (H12MDI) и поликапролактон диол като суровини. Обикновеният ароматен TPU видимо пожълтява след един ден UV облъчване, докато алифатният TPU, използван за фолио за автомобилно облицоване, може да запази коефициента си на пожълтяване без значителни промени при същите условия.
Поли (ε-капролактон) TPU има по-балансирани характеристики в сравнение с полиетерния и полиестерния TPU. От една страна, той може да покаже отлична устойчивост на разкъсване на обикновения полиестерен TPU, а от друга страна, демонстрира и изключително ниска трайна деформация при натиск и висока отскок на полиетерния TPU, поради което е широко използван на пазара.
Поради различните изисквания за рентабилност на продукта след сегментирането на пазара, с подобряването на технологията за повърхностно покритие и способността за регулиране на лепилната формула, има и възможност за прилагане на полиетер или обикновен полиестер H12MDI алифатен TPU за защитни филми за боя в бъдеще.
5. Биобазиран TPU
Често срещаният метод за приготвяне на TPU на биобаза е въвеждането на мономери или междинни продукти на биобаза по време на процеса на полимеризация, като например изоцианати на биобаза (като MDI, PDI), полиоли на биобаза и др. Сред тях изоцианатите на биобаза са сравнително рядко срещани на пазара, докато полиолите на биобаза са по-често срещани.
Що се отнася до биобазираните изоцианати, още през 2000 г. BASF, Covestro и други инвестираха много усилия в изследвания на PDI, а първата партида PDI продукти бяха пуснати на пазара през 2015-2016 г. Wanhua Chemical разработи 100% биобазирани TPU продукти, използвайки биобазиран PDI, произведен от царевични стърготини.
По отношение на биобазираните полиоли, те включват биобазиран политетрафлуороетилен (PTMEG), биобазиран 1,4-бутандиол (BDO), биобазиран 1,3-пропандиол (PDO), биобазирани полиестерни полиоли, биобазирани полиетерни полиоли и др.
В момента множество производители на TPU пуснаха на пазара TPU на биобаза, чиито характеристики са сравними с традиционния TPU на нефтохимична основа. Основната разлика между тези TPU на биобаза се състои в нивото на биобазирано съдържание, което обикновено варира от 30% до 40%, като някои дори постигат по-високи нива. В сравнение с традиционния TPU на нефтохимична основа, TPU на биобаза има предимства като намаляване на въглеродните емисии, устойчиво регенериране на суровини, зелено производство и опазване на ресурсите. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical иНови материали на Linhuaпуснаха на пазара своите марки TPU на био основа, а намаляването на въглеродните емисии и устойчивостта също са ключови насоки за развитие на TPU в бъдеще.
Време на публикуване: 09.08.2024 г.