ТПУ – це поліуретановий термопластичний еластомер, багатофазний блок-сополімер, що складається з діізоціанатів, поліолів та подовжувачів ланцюга. Як високоефективний еластомер, ТПУ має широкий спектр напрямків виробництва та широко використовується у виробництві товарів повсякденного вжитку, спортивного спорядження, іграшок, декоративних матеріалів та інших галузей, таких як матеріали для взуття, шлангів, кабелів, медичних виробів тощо.
Наразі основними виробниками сировини для ТПУ є BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Нові матеріали Linhuaтощо. Зі збільшенням структури та розширенням потужностей вітчизняних підприємств, галузь виробництва ТПУ наразі є дуже конкурентною. Однак у сфері високоякісного застосування вона все ще залежить від імпорту, і це також та галузь, у якій Китаю потрібно досягти проривів. Давайте поговоримо про майбутні ринкові перспективи продукції ТПУ.
1. Надкритичний спінний E-TPU
У 2012 році Adidas та BASF спільно розробили бренд бігового взуття EnergyBoost, у якому як матеріал проміжної підошви використовується спінений ТПУ (торгова назва Infinergy). Завдяки використанню поліефірного ТПУ з твердістю за Шором А 80-85 як основи, порівняно з проміжними підошвами з ЕВА, спінені проміжні підошви з ТПУ можуть зберігати хорошу еластичність і м'якість в середовищах нижче 0 ℃, що покращує комфорт носіння та широко відоме на ринку.
2. Модифікований композитний матеріал TPU, армований волокном
ТПУ має добру ударостійкість, але в деяких випадках потрібен високий модуль пружності та дуже тверді матеріали. Модифікація скловолокна як армуючого матеріалу є поширеним методом підвищення модуля пружності матеріалів. Завдяки модифікації можна отримати термопластичні композитні матеріали з багатьма перевагами, такими як високий модуль пружності, хороша ізоляція, висока термостійкість, хороші показники пружного відновлення, хороша корозійна стійкість, ударостійкість, низький коефіцієнт розширення та стабільність розмірів.
У своєму патенті компанія BASF представила технологію отримання високомодульного ТПУ, армованого скловолокном, з використанням коротких скляних волокон. ТПУ з твердістю за Шором D 83 було синтезовано шляхом змішування політетрафторетиленгліколю (PTMEG, Mn=1000), MDI та 1,4-бутандіолу (BDO) з 1,3-пропандіолом як сировиною. Цей ТПУ було змішано зі скловолокном у масовому співвідношенні 52:48 для отримання композитного матеріалу з модулем пружності 18,3 ГПа та міцністю на розрив 244 МПа.
Окрім скловолокна, також є повідомлення про продукти з використанням вуглецевого композиту ТПУ, таких як композитна плита з вуглецевого волокна/ТПУ Maezio від Covestro, яка має модуль пружності до 100 ГПа та нижчу щільність, ніж метали.
3. Безгалогенний вогнестійкий ТПУ
ТПУ має високу міцність, високу в'язкість, чудову зносостійкість та інші властивості, що робить його дуже придатним матеріалом для оболонки проводів та кабелів. Але в таких сферах застосування, як зарядні станції, потрібна вища вогнестійкість. Зазвичай існує два способи покращення вогнестійкості ТПУ. Один - це реактивна вогнестійка модифікація, яка передбачає введення вогнестійких матеріалів, таких як поліоли або ізоціанати, що містять фосфор, азот та інші елементи, у синтез ТПУ шляхом хімічного зв'язку; другий - адитивна вогнестійка модифікація, яка передбачає використання ТПУ як підкладки та додавання вогнестійких речовин для змішування розплаву.
Реактивна модифікація може змінити структуру ТПУ, але коли кількість добавки-антипірену велика, міцність ТПУ знижується, продуктивність обробки погіршується, а додавання невеликої кількості не може досягти необхідного рівня вогнестійкості. Наразі немає комерційно доступного продукту з високим вмістом вогнестійкості, який би дійсно відповідав вимогам зарядних станцій.
Колишня компанія Bayer MaterialScience (тепер Kostron) свого часу представила у своєму патенті органічний фосфорвмісний поліол (IHPO) на основі оксиду фосфіну. Поліефірний TPU, синтезований з IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI та BDO, демонструє чудові вогнестійкість та механічні властивості. Процес екструзії є гладким, а поверхня виробу гладкою.
Додавання безгалогенних вогнезахисних речовин наразі є найпоширенішим технічним способом отримання безгалогенного вогнезахисного ТПУ. Як правило, як вогнезахисні речовини змішують вогнезахисні речовини на основі фосфору, азоту, кремнію та бору, або ж використовують гідроксиди металів. Через притаманну ТПУ горючість, для утворення стабільного вогнезахисного шару під час горіння часто потрібна кількість вогнезахисного наповнювача понад 30%. Однак, коли кількість доданого вогнезахисного речовини велика, вогнезахисна речовина нерівномірно розподіляється в підкладці ТПУ, а механічні властивості вогнезахисного ТПУ не є ідеальними, що також обмежує його застосування та просування в таких галузях, як шланги, плівки та кабелі.
Патент BASF запроваджує технологію вогнестійкого ТПУ, яка поєднує поліфосфат меламіну та фосфорвмісну похідну фосфінової кислоти як антипірени з ТПУ із середньоваговою молекулярною масою понад 150 кДа. Було виявлено, що вогнестійкість значно покращилася, водночас досягнувши високої міцності на розрив.
Для подальшого підвищення міцності матеріалу на розтяг, патент BASF пропонує метод приготування маткової суміші зшиваючого агента, що містить ізоціанати. Додавання 2% маткової суміші цього типу до складу, який відповідає вимогам UL94V-0 щодо вогнестійкості, може збільшити міцність матеріалу на розтяг з 35 МПа до 40 МПа, зберігаючи при цьому вогнестійкість V-0.
Для покращення стійкості до теплового старіння вогнестійкого ТПУ, патентКомпанія з виробництва нових матеріалів Linghuaтакож пропонує метод використання гідроксидів металів з поверхневим покриттям як антипіренів. Для покращення стійкості до гідролізу вогнестійкого ТПУ,Компанія з виробництва нових матеріалів Linghuaв іншій патентній заявці було представлено карбонат металу на основі додавання меламіну, що є антипіреном.
4. ТПУ для захисної плівки для автомобільної фарби
Захисна плівка для автомобільної фарби – це захисна плівка, яка ізолює поверхню фарби від повітря після встановлення, запобігає кислотним дощам, окисленню, подряпинам та забезпечує тривалий захист поверхні фарби. Її основна функція – захист поверхні фарби автомобіля після встановлення. Захисна плівка для фарби зазвичай складається з трьох шарів: самовідновлювального покриття на поверхні, полімерної плівки посередині та акрилового самоклеючого матеріалу на нижньому шарі. ТПУ є одним з основних матеріалів для виготовлення проміжних полімерних плівок.
Вимоги до експлуатаційних характеристик ТПУ, що використовується в захисній плівці для фарби, такі: стійкість до подряпин, висока прозорість (пропускання світла >95%), гнучкість за низьких температур, стійкість до високих температур, міцність на розрив >50 МПа, подовження >400% та твердість за Шором А в діапазоні 87-93; Найважливішою характеристикою є стійкість до атмосферних впливів, яка включає стійкість до ультрафіолетового старіння, термоокислювальної деградації та гідролізу.
Наразі зрілими продуктами є аліфатичний ТПУ, отриманий з дициклогексилдіізоціанату (H12MDI) та полікапролактондіолу як сировини. Звичайний ароматичний ТПУ помітно жовтіє після одного дня УФ-опромінення, тоді як аліфатичний ТПУ, який використовується для обклеювання автомобілів, може зберігати свій коефіцієнт пожовтіння без суттєвих змін за тих самих умов.
Полі(ε-капролактон) ТПУ має більш збалансовані характеристики порівняно з поліефірним та поліефірним ТПУ. З одного боку, він може демонструвати чудову стійкість до розриву, як звичайний поліефірний ТПУ, а з іншого боку, він також демонструє видатну низьку залишкову деформацію при стисканні та високу стійкість до відскоку поліефірного ТПУ, завдяки чому широко використовується на ринку.
Через різні вимоги до економічної ефективності продукції після сегментації ринку, з удосконаленням технології поверхневого покриття та здатності коригувати формулу клею, також існує ймовірність застосування поліефіру або звичайного поліефіру H12MDI аліфатичного ТПУ для захисних плівок для фарби в майбутньому.
5. Біорозроблений ТПУ
Поширеним методом отримання біо-ТПУ є введення біо-мономерів або проміжних продуктів під час процесу полімеризації, таких як біо-ізоціанати (такі як MDI, PDI), біо-поліоли тощо. Серед них біо-ізоціанати відносно рідкісні на ринку, тоді як біо-поліоли є більш поширеними.
Що стосується біологічних ізоціанатів, то ще у 2000 році BASF, Covestro та інші доклали багато зусиль до досліджень PDI, а перша партія продуктів PDI була випущена на ринок у 2015-2016 роках. Wanhua Chemical розробила 100% біологічні продукти TPU з використанням біологічного PDI, виготовленого з кукурудзяної крупи.
Що стосується біологічних поліолів, то до них належать біологічний політетрафторетилен (PTMEG), біологічний 1,4-бутандіол (BDO), біологічний 1,3-пропандіол (PDO), біологічні поліефірні поліоли, біологічні поліефірні поліоли тощо.
Наразі багато виробників ТПУ випустили на ринок ТПУ на біооснові, чиї характеристики порівнянні з традиційним ТПУ на нафтохімічній основі. Основна відмінність між цими ТПУ на біооснові полягає в рівні вмісту біооснови, який зазвичай коливається від 30% до 40%, а деякі навіть досягають вищих рівнів. Порівняно з традиційним ТПУ на нафтохімічній основі, ТПУ на біооснові має такі переваги, як зменшення викидів вуглецю, стале відновлення сировини, екологічне виробництво та збереження ресурсів. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical таНові матеріали Linhuaзапустили свої бренди ТПУ на біооснові, а скорочення викидів вуглецю та сталий розвиток також є ключовими напрямками розвитку ТПУ в майбутньому.
Час публікації: 09 серпня 2024 р.