Основни насоки за бъдещото развитие на TPU

TPU е полиуретанов термопластичен еластомер, който е многофазен блок съполимер, съставен от диизоцианати, полиоли и удължители на веригата. Като високоефективен еластомер, TPU има широка гама от продуктови посоки надолу по веригата и се използва широко в ежедневни нужди, спортно оборудване, играчки, декоративни материали и други области, като материали за обувки, маркучи, кабели, медицински устройства и др.

В момента основните производители на TPU суровини включват BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Нови материали на Linhua, и така нататък. С оформлението и разширяването на капацитета на местните предприятия, TPU индустрията в момента е силно конкурентна. Въпреки това, в областта на приложенията от висок клас, той 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. Суперкритичен пенообразуващ E-TPU

През 2012 г. Adidas и BASF съвместно разработиха марката обувки за бягане EnergyBoost, която използва разпенен TPU (търговско наименование infinergy) като междинен материал. Благодарение на използването на полиетер TPU с твърдост по Shore A от 80-85 като субстрат, в сравнение с междинните подметки EVA, междинните подметки от разпенен TPU все още могат да поддържат добра еластичност и мекота в среда под 0 ℃, което подобрява комфорта при носене и е широко признато в пазара.
2. Подсилен с влакна модифициран TPU композитен материал

TPU има добра устойчивост на удар, но в някои приложения се изисква висок модул на еластичност и много твърди материали. Модификацията на армировката от 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, добра ефективност на еластично възстановяване, добра устойчивост на корозия, устойчивост на удар, нисък коефициент на разширение и стабилност на размерите.

BASF въведе в своя патент технология за получаване на високомодулен TPU, подсилен с фибростъкло, използвайки къси стъклени влакна. TPU с твърдост по Shore D от 83 се синтезира чрез смесване на политетрафлуоретилен гликол (PTMEG, Mn=1000), MDI и 1,4-бутандиол (BDO) с 1,3-пропандиол като суровини. Този TPU се смесва 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 също съобщения за продукти, използващи композитен TPU от въглеродни влакна, като композитната платка Maezio от въглеродни влакна/TPU на Covestro, която има модул на еластичност до 100GPa и по-ниска плътност от металите.
3. TPU без халоген, забавящ горенето

TPU има висока якост, висока якост, отлична устойчивост на износване и други свойства, което го прави много подходящ материал за обвивка за проводници и кабели. Но в области на приложение като зарядни станции се изисква по-високо забавяне на горенето. Обикновено има два начина за подобряване на огнеустойчивостта на TPU. Едната е реактивна модификация за забавяне на горенето, която включва въвеждане на материали за забавяне на горенето като полиоли или изоцианати, съдържащи фосфор, азот и други елементи, в синтеза на TPU чрез химическо свързване; Втората е добавка за забавяне на горенето, която включва използване на TPU като субстрат и добавяне на забавители на горенето за смесване на стопилка.

Реактивната модификация може да промени структурата на TPU, но когато количеството добавка за забавяне на горенето е голямо, силата на TPU намалява, производителността на обработката се влошава и добавянето на малко количество не може да постигне необходимото ниво на забавяне на горенето. Понастоящем няма наличен в търговската мрежа продукт със силно забавяне на горенето, който наистина да отговаря на приложението на зарядните станции.

Бившият Bayer MaterialScience (сега Kostron) някога представи органичен фосфор, съдържащ полиол (IHPO) на базата на фосфинов оксид в патент. Полиетерният TPU, синтезиран от IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI и BDO, показва отлична устойчивост на горене и механични свойства. Процесът на екструдиране е плавен и повърхността на продукта е гладка.

Добавянето на безхалогенни забавители на горенето в момента е най-често използваният технически начин за приготвяне на безхалогенни забавители на горенето TPU. Обикновено се смесват забавители на горенето на основата на фосфор, азот, силиций, бор или се използват метални хидроксиди като забавители на горенето. Поради присъщата запалимост на TPU, често се изисква количество забавител на горенето от повече от 30%, за да се образува стабилен слой забавящ горенето по време на горене. Въпреки това, когато количеството добавен забавител на горенето е голямо, забавителят на горенето е неравномерно диспергиран в TPU субстрата и механичните свойства на забавителя на горенето TPU не са идеални, което също ограничава неговото приложение и популяризиране в области като маркучи, филми , и кабели.

Патентът на BASF въвежда технология за забавяне на горенето TPU, която смесва меламинов полифосфат и съдържащо фосфор производно на фосфинова киселина като забавители на горенето с TPU със средно молекулно тегло над 150kDa. Установено е, че забавянето на горенето е значително подобрено, като същевременно се постига висока якост на опън.

За допълнително повишаване на якостта на опън на материала, патентът на BASF въвежда метод за приготвяне на мастърбач от омрежващ агент, съдържащ изоцианати. Добавянето на 2% от този тип мастербач към композиция, която отговаря на изискванията за забавяне на горенето на UL94V-0, може да увеличи якостта на опън на материала от 35MPa до 40MPa, като същевременно поддържа V-0 забавяне на горенето.

За подобряване на устойчивостта на топлинно стареене на огнезащитния TPU, патентът наКомпания за нови материали Linhuaсъщо въвежда метод за използване на метални хидроксиди с повърхностно покритие като забавители на горенето. За да се подобри устойчивостта на хидролиза на огнеупорния TPU,Компания за нови материали Linhuaвъвежда метален карбонат на базата на добавяне на меламинов забавител на горенето в друга заявка за патент.

4. TPU за защитно фолио за автомобилна боя

Защитното фолио за автомобилна боя е защитно фолио, което изолира повърхността на боята от въздуха след монтажа, предотвратява киселинен дъжд, окисляване, драскотини и осигурява дълготрайна защита на повърхността на боята. Основната му функция е да защитава повърхността на боята на автомобила след монтажа. Защитното фолио за боя обикновено се състои от три слоя, със самовъзстановяващо се покритие на повърхността, полимерен филм в средата и акрилно чувствително на натиск лепило върху долния слой. TPU е един от основните материали за получаване на междинни полимерни филми.

Изискванията за производителност на TPU, използван в защитно фолио за боя, са както следва: устойчивост на надраскване, висока прозрачност (пропускливост на светлина>95%), гъвкавост при ниска температура, устойчивост на висока температура, якост на опън>50MPa, удължение>400% и Shore A диапазон на твърдост от 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 автомобили, може да запази своя коефициент на пожълтяване без значителни промени при същите условия.
Поли (ε – капролактон) TPU има по-балансирана производителност в сравнение с полиетер и полиестер TPU. От една страна, той може да покаже отлична устойчивост на разкъсване на обикновения полиестер TPU, докато от друга страна, той също така демонстрира изключителна постоянна деформация при ниска компресия и висока ефективност на отскок на полиетер TPU, като по този начин се използва широко 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 формулата на лепилото, има също шанс полиетер или обикновен полиестер H12MDI алифатен TPU да се прилага към филми за защита на боя в бъдеще.

5. Биобазиран TPU

Общият метод за приготвяне на биобазирани TPU е въвеждането на биобазирани мономери или междинни продукти по време на процеса на полимеризация, като биобазирани изоцианати (като MDI, PDI), биобазирани полиоли и др. Сред тях биобазираните изоцианати са относително редки в на пазара, докато биобазираните полиоли са по-често срещани.

По отношение на изоцианати на биологична основа, още през 2000 г. BASF, Covestro и други инвестираха много усилия в изследванията на PDI и първата партида продукти на PDI бяха пуснати на пазара през 2015-2016 г. Wanhua Chemical е разработила 100% био базирани TPU продукти, използвайки био базиран PDI, направен от царевица.

По отношение на био базираните полиоли, той включва био базиран политетрафлуоретилен (PTMEG), био базиран 1,4-бутандиол (BDO), био базиран 1,3-пропандиол (PDO), био базирани полиестерни полиоли, био базирани полиетерни полиоли и др.

Понастоящем множество производители на TPU са пуснали TPU на био основа, чиято производителност е сравнима с традиционната TPU на нефтохимическа основа. Основната разлика между тези био базирани TPU се крие в нивото на био базирано съдържание, което обикновено варира от 30% до 40%, като някои дори постигат по-високи нива. В сравнение с традиционния TPU на нефтохимическа основа, TPU на био основа 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 своите марки TPU на био основа, а намаляването на въглерода и устойчивостта също са ключови насоки за развитие на TPU в бъдеще.