ТПУ — це поліуретановий термопластичний еластомер, який є багатофазним блок-сополімером, що складається з діізоціанатів, поліолів і подовжувачів ланцюга. Будучи високоефективним еластомером, TPU має широкий спектр напрямків виробництва та широко використовується в повсякденних потребах, спортивному обладнанні, іграшках, декоративних матеріалах та інших сферах, таких як матеріали для взуття, шланги, кабелі, медичні пристрої тощо.
На даний момент основні виробники сировини ТПУ включають BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Нові матеріали Linhua, і так далі. Завдяки плануванню та розширенню потужностей вітчизняних підприємств галузь ТПУ зараз є висококонкурентоспроможною. Однак у сфері застосування високого класу він все ще покладається на імпорт, у якому Китаю також потрібно досягти прориву. Давайте поговоримо про майбутні ринкові перспективи продуктів з ТПУ.
1. Надкритичне спінювання E-TPU
У 2012 році Adidas і BASF спільно розробили бренд бігового взуття EnergyBoost, який використовує спінений ТПУ (торгова назва infinergy) як матеріал проміжної підошви. Завдяки використанню поліефірного ТПУ з твердістю Шора A 80-85 як підкладки, порівняно з проміжною підошвою EVA, проміжна підошва зі спіненого ТПУ може зберігати добру еластичність і м’якість у середовищі нижче 0 ℃, що покращує комфорт носіння та широко визнано в ринок.
2. Армований волокном модифікований ТПУ композитний матеріал
ТПУ має хорошу ударостійкість, але в деяких випадках потрібен високий модуль пружності та дуже тверді матеріали. Модифікація армування скловолокном є широко використовуваним методом збільшення модуля пружності матеріалів. Завдяки модифікації можна отримати термопластичні композиційні матеріали з багатьма перевагами, такими як високий модуль пружності, хороша ізоляція, сильна термостійкість, хороша ефективність відновлення еластичності, хороша стійкість до корозії, стійкість до ударів, низький коефіцієнт розширення та стабільність розмірів.
У своєму патенті компанія BASF представила технологію виготовлення високомодульного ТПУ, армованого скловолокном, із використанням коротких скляних волокон. TPU з твердістю за Шором D 83 був синтезований шляхом змішування політетрафторетиленгліколю (PTMEG, Mn=1000), MDI та 1,4-бутандіолу (BDO) з 1,3-пропандіолом як сировиною. Цей ТПУ був змішаний 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, є також повідомлення про продукти, в яких використовується композитний TPU з вуглецевого волокна, як-от композитна плата Maezio з вуглецевого волокна/TPU від Covestro, яка має модуль пружності до 100 ГПа та нижчу щільність, ніж метали.
3. Вогнезахисний TPU без галогенів
ТПУ має високу міцність, високу міцність, чудову зносостійкість та інші властивості, що робить його дуже придатним матеріалом оболонки для проводів і кабелів. Але в таких сферах застосування, як зарядні станції, потрібна більш висока вогнестійкість. Загалом існує два способи покращити вогнестійкість TPU. Одна з них — реактивна модифікація вогнезахисного складу, яка передбачає введення вогнезахисних матеріалів, таких як поліоли або ізоціанати, що містять фосфор, азот та інші елементи, до синтезу ТПУ шляхом хімічного зв’язування; По-друге, це адитивна модифікація антипірену, яка передбачає використання ТПУ як субстрату та додавання антипіренів для змішування розплаву.
Реакційна модифікація може змінити структуру ТПУ, але коли кількість додаткової вогнезахисної добавки велика, міцність ТПУ знижується, продуктивність обробки погіршується, і додавання невеликої кількості не може досягти необхідного рівня вогнезахисного засобу. Наразі не існує жодного комерційно доступного вогнестійкого продукту, який справді міг би відповідати застосуванню зарядних станцій.
Колишня Bayer MaterialScience (нині Kostron) одного разу представила в патенті органічний фосфорвмісний поліол (IHPO) на основі фосфіноксиду. Поліефір ТПУ, синтезований з IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI і BDO, демонструє чудову вогнестійкість і механічні властивості. Процес екструзії плавний, а поверхня виробу гладка.
Додавання антипіренів, що не містять галогенів, на даний момент є найбільш часто використовуваним технічним шляхом для приготування антипіренів із вмістом галогенів. Як правило, антипірени на основі фосфору, азоту, кремнію, бору використовуються як антипірени або гідроксиди металів. Через природну займистість ТПУ, для утворення стабільного вогнезахисного шару під час горіння часто потрібна кількість вогнезахисного наповнювача понад 30%. Однак, коли додається велика кількість антипірену, він нерівномірно розподіляється в підкладці з ТПУ, а механічні властивості вогнезахисного ТПУ не ідеальні, що також обмежує його застосування та просування в таких областях, як шланги, плівки , і кабелі.
Патент BASF представляє вогнестійку технологію ТПУ, яка поєднує поліфосфат меламіну та фосфоровмісну похідну фосфінової кислоти як антипірени з ТПУ із середньомасовою молекулярною масою понад 150 кДа. Було виявлено, що вогнестійкість була значно покращена при досягненні високої міцності на розрив.
Для подальшого підвищення міцності матеріалу на розрив патент BASF представляє метод приготування маткової суміші зшиваючого агента, що містить ізоціанати. Додавання 2% цього типу маткової суміші до композиції, яка відповідає вимогам UL94V-0 щодо вогнестійкості, може збільшити міцність на розрив матеріалу з 35 МПа до 40 МПа, зберігаючи вогнезахисні властивості V-0.
Для підвищення стійкості до теплового старіння вогнезахисного ТПУ, патент офКомпанія Linhua New Materialsтакож представляє метод використання гідроксидів металів з поверхневим покриттям як антипіренів. Щоб підвищити стійкість до гідролізу вогнезахисного ТПУ,Компанія Linhua New Materialsпредставив карбонат металу на основі додавання антипірену меламіну в іншій заявці на патент.
4. ТПУ для захисної плівки для автомобільної фарби
Плівка для захисту фарби автомобіля - це захисна плівка, яка ізолює поверхню фарби від повітря після встановлення, запобігає кислотним дощам, окисленню, подряпинам і забезпечує тривалий захист поверхні фарби. Його основна функція – захистити лакофарбове покриття автомобіля після встановлення. Плівка для захисту фарби зазвичай складається з трьох шарів, із самовідновлювальним покриттям на поверхні, полімерною плівкою в середині та акриловим клеєм, чутливим до тиску, на нижньому шарі. ТПУ є одним з основних матеріалів для виготовлення проміжних полімерних плівок.
Вимоги до характеристик ТПУ, що використовується в захисній плівці для фарби, такі: стійкість до подряпин, висока прозорість (проникність світла>95%), низькотемпературна гнучкість, високотемпературна стійкість, міцність на розрив>50 МПа, подовження>400%, і Shore A діапазон твердості 87-93; Найважливішою характеристикою є стійкість до погодних умов, яка включає стійкість до УФ-старіння, термічного окисного розкладання та гідролізу.
Наразі зрілими продуктами є аліфатичний ТПУ, виготовлений із дициклогексилдіізоціаната (H12MDI) і полікапролактондіолу як сировини. Звичайний ароматичний ТПУ помітно жовтіє після одного дня ультрафіолетового опромінення, тоді як аліфатичний ТПУ, який використовується для автомобільної плівки, може зберігати свій коефіцієнт пожовтіння без значних змін за тих самих умов.
Полі (ε – капролактон) ТПУ має більш збалансовану продуктивність порівняно з поліефірним і поліефірним ТПУ. З одного боку, він може демонструвати відмінну стійкість до розриву звичайного поліефірного ТПУ, а з іншого боку, він також демонструє видатну низьку постійну деформацію при стисненні та високу ефективність відскоку поліефірного ТПУ, тому широко використовується на ринку.
Через різні вимоги до економічної ефективності продукту після сегментації ринку, з удосконаленням технології поверхневого покриття та здатності коригувати формулу адгезії, також є шанс, що поліефірний або звичайний поліефірний H12MDI аліфатичний ТПУ в майбутньому буде застосовуватися для захисних плівок для фарби.
5. ТПУ на біологічній основі
Загальний метод приготування ТПУ на біологічній основі полягає у введенні мономерів на біологічній основі або проміжних продуктів під час процесу полімеризації, таких як ізоціанати на біологічній основі (такі як MDI, PDI), поліоли на біологічній основі тощо. Серед них ізоціанати на біологічній основі відносно рідкісні в ринку, тоді як поліоли на біооснові є більш поширеними.
Що стосується ізоціанатів на біологічній основі, то ще в 2000 році BASF, Covestro та інші вклали багато зусиль у дослідження PDI, і перша партія продуктів PDI була випущена на ринок у 2015-2016 роках. Wanhua Chemical розробила продукти на 100% біологічній основі ТПУ, використовуючи біологічний PDI, виготовлений із кукурудзи.
Що стосується поліолів на біологічній основі, це включає політетрафторетилен на біологічній основі (PTMEG), 1,4-бутандіол на біологічній основі (BDO), 1,3-пропандіол на біологічній основі (PDO), поліефірні поліоли на біологічній основі, поліефірні поліоли на біологічній основі тощо.
Наразі багато виробників ТПУ випустили ТПУ на основі біологічних матеріалів, продуктивність якого порівнянна з традиційним ТПУ нафтохімічної продукції. Основна відмінність між цими ТПУ на біологічній основі полягає в рівні вмісту на біологічній основі, який зазвичай коливається від 30% до 40%, а деякі навіть досягають вищих рівнів. Порівняно з традиційним нафтохімічним ТПУ, ТПУ на біологічній основі 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 основі біологічних матеріалів, а зменшення викидів вуглецю та екологічність також є ключовими напрямками розвитку ТПУ в майбутньому.
Час публікації: 9 серпня 2024 р