Η TPU είναι ένα θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης, το οποίο είναι ένα πολυφασικό μπλοκ συμπολυμερές που αποτελείται από διισοκυανικά, πολυόλες και επεκτάσεις αλυσίδας. Ως ελαστομερές υψηλής απόδοσης, η TPU έχει ένα ευρύ φάσμα κατευθύνσεων προϊόντων και χρησιμοποιείται ευρέως σε καθημερινές ανάγκες, αθλητικό εξοπλισμό, παιχνίδια, διακοσμητικά υλικά και άλλους τομείς, όπως υλικά υποδημάτων, σωλήνες, καλώδια, ιατρικές συσκευές κ.λπ.
Αυτή τη στιγμή, οι κύριοι κατασκευαστές πρώτων υλών TPU περιλαμβάνουν τις BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Νέα Υλικά Linghuaκαι ούτω καθεξής. Με τη διάταξη και την επέκταση της παραγωγικής ικανότητας των εγχώριων επιχειρήσεων, η βιομηχανία TPU είναι επί του παρόντος ιδιαίτερα ανταγωνιστική. Ωστόσο, στον τομέα των εφαρμογών υψηλής τεχνολογίας, εξακολουθεί να βασίζεται στις εισαγωγές, κάτι που είναι επίσης ένας τομέας στον οποίο η Κίνα πρέπει να επιτύχει σημαντικές εξελίξεις. Ας μιλήσουμε για τις μελλοντικές προοπτικές της αγοράς των προϊόντων TPU.
1. Υπερκρίσιμο αφρώδες E-TPU
Το 2012, η Adidas και η BASF ανέπτυξαν από κοινού την μάρκα παπουτσιών για τρέξιμο EnergyBoost, η οποία χρησιμοποιεί αφρώδες TPU (εμπορική ονομασία infinergy) ως υλικό ενδιάμεσης σόλας. Λόγω της χρήσης πολυαιθερικής TPU με σκληρότητα Shore A 80-85 ως υπόστρωμα, σε σύγκριση με τις ενδιάμεσες σόλες EVA, οι ενδιάμεσες σόλες από αφρώδες TPU μπορούν να διατηρήσουν καλή ελαστικότητα και απαλότητα σε περιβάλλοντα κάτω από 0 ℃, γεγονός που βελτιώνει την άνεση κατά τη χρήση και είναι ευρέως αναγνωρισμένη στην αγορά.
2. Σύνθετο υλικό TPU τροποποιημένο με ίνες
Η TPU έχει καλή αντοχή στην κρούση, αλλά σε ορισμένες εφαρμογές απαιτείται υψηλό μέτρο ελαστικότητας και πολύ σκληρά υλικά. Η τροποποίηση της ενίσχυσης με υαλοβάμβακα είναι μια συνήθως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την αύξηση του μέτρου ελαστικότητας των υλικών. Μέσω της τροποποίησης, μπορούν να επιτευχθούν θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά με πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλό μέτρο ελαστικότητας, καλή μόνωση, ισχυρή αντοχή στη θερμότητα, καλή απόδοση ελαστικής αποκατάστασης, καλή αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στην κρούση, χαμηλό συντελεστή διαστολής και διαστατική σταθερότητα.
Η BASF εισήγαγε στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της μια τεχνολογία για την παρασκευή TPU ενισχυμένης με υαλοβάμβακα υψηλού μέτρου ελαστικότητας χρησιμοποιώντας ίνες μικρού μήκους γυαλιού. Μια TPU με σκληρότητα Shore D 83 συντέθηκε με ανάμειξη πολυτετραφθοροαιθυλενογλυκόλης (PTMEG, Mn=1000), MDI και 1,4-βουτανοδιόλης (BDO) με 1,3-προπανοδιόλη ως πρώτες ύλες. Αυτή η TPU αναμείχθηκε με ίνες γυαλιού σε αναλογία μάζας 52:48 για να ληφθεί ένα σύνθετο υλικό με μέτρο ελαστικότητας 18,3 GPa και αντοχή σε εφελκυσμό 244 MPa.
Εκτός από τις ίνες γυαλιού, υπάρχουν επίσης αναφορές για προϊόντα που χρησιμοποιούν σύνθετο TPU από ίνες άνθρακα, όπως η σύνθετη πλακέτα Maezio από ίνες άνθρακα/TPU της Covestro, η οποία έχει μέτρο ελαστικότητας έως 100GPa και χαμηλότερη πυκνότητα από τα μέταλλα.
3. Επιβραδυντικό φλόγας TPU χωρίς αλογόνο
Η TPU έχει υψηλή αντοχή, υψηλή σκληρότητα, εξαιρετική αντοχή στη φθορά και άλλες ιδιότητες, καθιστώντας την ένα πολύ κατάλληλο υλικό περιβλήματος για καλώδια και σύρματα. Αλλά σε τομείς εφαρμογών όπως οι σταθμοί φόρτισης, απαιτείται υψηλότερη επιβράδυνση φλόγας. Υπάρχουν γενικά δύο τρόποι για να βελτιωθεί η απόδοση επιβράδυνσης φλόγας της TPU. Ο ένας είναι η τροποποίηση με αντιδραστικό επιβραδυντικό φλόγας, η οποία περιλαμβάνει την εισαγωγή υλικών επιβράδυνσης φλόγας όπως πολυόλες ή ισοκυανικά που περιέχουν φώσφορο, άζωτο και άλλα στοιχεία στη σύνθεση της TPU μέσω χημικής σύνδεσης. Ο δεύτερος είναι η προσθετική τροποποίηση με επιβραδυντικό φλόγας, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση TPU ως υπόστρωμα και την προσθήκη επιβραδυντικών φλόγας για ανάμειξη τήγματος.
Η αντιδραστική τροποποίηση μπορεί να αλλάξει τη δομή της TPU, αλλά όταν η ποσότητα του πρόσθετου επιβραδυντικού φλόγας είναι μεγάλη, η αντοχή της TPU μειώνεται, η απόδοση επεξεργασίας επιδεινώνεται και η προσθήκη μικρής ποσότητας δεν μπορεί να επιτύχει το απαιτούμενο επίπεδο επιβράδυνσης φλόγας. Προς το παρόν, δεν υπάρχει εμπορικά διαθέσιμο προϊόν υψηλής επιβράδυνσης φλόγας που να μπορεί πραγματικά να καλύψει την εφαρμογή των σταθμών φόρτισης.
Η πρώην Bayer MaterialScience (νυν Kostron) κάποτε εισήγαγε μια οργανική πολυόλη που περιέχει φώσφορο (IHPO) με βάση το οξείδιο της φωσφίνης σε μια πατέντα. Ο πολυαιθερικός TPU που συντίθεται από IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI και BDO παρουσιάζει εξαιρετικές επιβραδυντικές φλόγας και μηχανικές ιδιότητες. Η διαδικασία εξώθησης είναι ομαλή και η επιφάνεια του προϊόντος είναι λεία.
Η προσθήκη επιβραδυντικών φλόγας χωρίς αλογόνο είναι σήμερα η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική οδός για την παρασκευή επιβραδυντικών φλόγας TPU χωρίς αλογόνο. Γενικά, επιβραδυντικά φλόγας με βάση τον φώσφορο, το άζωτο, το πυρίτιο ή το βόριο αναμειγνύονται ή χρησιμοποιούνται υδροξείδια μετάλλων ως επιβραδυντικά φλόγας. Λόγω της εγγενούς ευφλεκτότητας της TPU, συχνά απαιτείται ποσότητα πλήρωσης επιβραδυντικού φλόγας μεγαλύτερη από 30% για να σχηματιστεί ένα σταθερό στρώμα επιβραδυντικού φλόγας κατά την καύση. Ωστόσο, όταν η ποσότητα του προστιθέμενου επιβραδυντικού φλόγας είναι μεγάλη, το επιβραδυντικό φλόγας διασπείρεται ανομοιόμορφα στο υπόστρωμα TPU και οι μηχανικές ιδιότητες της επιβραδυντικής φλόγας TPU δεν είναι ιδανικές, γεγονός που περιορίζει επίσης την εφαρμογή και την προώθησή της σε τομείς όπως οι σωλήνες, οι μεμβράνες και τα καλώδια.
Η ευρεσιτεχνία της BASF εισάγει μια τεχνολογία επιβράδυνσης φλόγας TPU, η οποία συνδυάζει πολυφωσφορική μελαμίνη και ένα παράγωγο φωσφινικού οξέος που περιέχει φώσφορο ως επιβραδυντικά φλόγας με TPU με μέσο μοριακό βάρος μεγαλύτερο από 150kDa. Διαπιστώθηκε ότι η απόδοση της επιβράδυνσης φλόγας βελτιώθηκε σημαντικά, ενώ παράλληλα επιτεύχθηκε υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό.
Για την περαιτέρω ενίσχυση της αντοχής σε εφελκυσμό του υλικού, η ευρεσιτεχνία της BASF εισάγει μια μέθοδο για την παρασκευή κύριας παρτίδας παράγοντα διασύνδεσης που περιέχει ισοκυανικά. Η προσθήκη 2% αυτού του τύπου κύριας παρτίδας σε μια σύνθεση που πληροί τις απαιτήσεις επιβράδυνσης φλόγας UL94V-0 μπορεί να αυξήσει την αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού από 35MPa σε 40MPa, διατηρώντας παράλληλα την απόδοση επιβράδυνσης φλόγας V-0.
Για τη βελτίωση της αντοχής στη θερμική γήρανση του επιβραδυντικού φλόγας TPU, το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τουΕταιρεία Νέων Υλικών Linghuaεισάγει επίσης μια μέθοδο χρήσης επιφανειακά επικαλυμμένων μεταλλικών υδροξειδίων ως επιβραδυντικά φλόγας. Προκειμένου να βελτιωθεί η αντοχή στην υδρόλυση της επιβραδυντικής φλόγας TPU,Εταιρεία Νέων Υλικών Linghuaεισήγαγε ανθρακικό μέταλλο με βάση την προσθήκη επιβραδυντικού φλόγας μελαμίνης σε άλλη αίτηση ευρεσιτεχνίας.
4. TPU για μεμβράνη προστασίας χρώματος αυτοκινήτου
Η προστατευτική μεμβράνη βαφής αυτοκινήτου είναι μια προστατευτική μεμβράνη που απομονώνει την επιφάνεια βαφής από τον αέρα μετά την εγκατάσταση, αποτρέπει την όξινη βροχή, την οξείδωση, τις γρατσουνιές και παρέχει μακροχρόνια προστασία στην επιφάνεια βαφής. Η κύρια λειτουργία της είναι να προστατεύει την επιφάνεια βαφής του αυτοκινήτου μετά την εγκατάσταση. Η προστατευτική μεμβράνη βαφής αποτελείται γενικά από τρία στρώματα, με μια αυτοεπιδιορθούμενη επίστρωση στην επιφάνεια, μια μεμβράνη πολυμερούς στη μέση και μια ακρυλική κόλλα ευαίσθητη στην πίεση στο κάτω στρώμα. Η TPU είναι ένα από τα κύρια υλικά για την παρασκευή ενδιάμεσων πολυμερικών μεμβρανών.
Οι απαιτήσεις απόδοσης για την TPU που χρησιμοποιείται στην προστατευτική μεμβράνη βαφής είναι οι εξής: αντοχή στις γρατσουνιές, υψηλή διαφάνεια (διαπερατότητα φωτός>95%), ευκαμψία σε χαμηλές θερμοκρασίες, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, αντοχή σε εφελκυσμό>50MPa, επιμήκυνση>400% και εύρος σκληρότητας Shore A 87-93. Η πιο σημαντική απόδοση είναι η αντοχή στις καιρικές συνθήκες, η οποία περιλαμβάνει αντοχή στη γήρανση από την υπεριώδη ακτινοβολία, τη θερμική οξειδωτική υποβάθμιση και την υδρόλυση.
Τα ώριμα προϊόντα που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι η αλειφατική TPU που παρασκευάζεται από διισοκυανικό δικυκλοεξύλιο (H12MDI) και πολυκαπρολακτόνη διόλη ως πρώτες ύλες. Η συνηθισμένη αρωματική TPU κιτρινίζει ορατά μετά από μία ημέρα υπεριώδους ακτινοβολίας, ενώ η αλειφατική TPU που χρησιμοποιείται για μεμβράνη περιτύλιξης αυτοκινήτων μπορεί να διατηρήσει τον συντελεστή κιτρινίσματος χωρίς σημαντικές αλλαγές υπό τις ίδιες συνθήκες.
Η πολυ(ε-καπρολακτόνη) TPU έχει πιο ισορροπημένη απόδοση σε σύγκριση με την πολυαιθερική και την πολυεστερική TPU. Αφενός, μπορεί να επιδείξει εξαιρετική αντοχή στο σχίσιμο της συνηθισμένης πολυεστερικής TPU, ενώ αφετέρου, επιδεικνύει επίσης εξαιρετική χαμηλή συμπίεση, μόνιμη παραμόρφωση και υψηλή απόδοση ανάκαμψης της πολυαιθερικής TPU, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται ευρέως στην αγορά.
Λόγω των διαφορετικών απαιτήσεων για την οικονομική αποδοτικότητα του προϊόντος μετά την τμηματοποίηση της αγοράς, με τη βελτίωση της τεχνολογίας επικάλυψης επιφανειών και την ικανότητα προσαρμογής της κόλλας, υπάρχει επίσης η πιθανότητα εφαρμογής πολυαιθέρα ή συνήθους πολυεστέρα H12MDI αλειφατικού TPU σε μεμβράνες προστασίας βαφής στο μέλλον.
5. Βιολογικής προέλευσης TPU
Η συνήθης μέθοδος για την παρασκευή βιολογικής TPU είναι η εισαγωγή βιολογικών μονομερών ή ενδιαμέσων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πολυμερισμού, όπως βιολογικά ισοκυανικά (όπως MDI, PDI), βιολογικές πολυόλες κ.λπ. Μεταξύ αυτών, τα βιολογικά ισοκυανικά είναι σχετικά σπάνια στην αγορά, ενώ οι βιολογικές πολυόλες είναι πιο συνηθισμένες.
Όσον αφορά τα ισοκυανικά βιολογικής προέλευσης, ήδη από το 2000, οι BASF, Covestro και άλλοι έχουν επενδύσει πολλές προσπάθειες στην έρευνα για την PDI και η πρώτη παρτίδα προϊόντων PDI κυκλοφόρησε στην αγορά το 2015-2016. Η Wanhua Chemical έχει αναπτύξει προϊόντα TPU 100% βιολογικής προέλευσης χρησιμοποιώντας PDI βιολογικής προέλευσης από καλαμπόκι.
Όσον αφορά τις βιολογικές πολυόλες, περιλαμβάνουν βιολογικό πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTMEG), βιολογική 1,4-βουτανοδιόλη (BDO), βιολογική 1,3-προπανοδιόλη (PDO), βιολογικές πολυεστερικές πολυόλες, βιολογικές πολυαιθερικές πολυόλες κ.λπ.
Προς το παρόν, πολλοί κατασκευαστές TPU έχουν λανσάρει TPU βιολογικής προέλευσης, η απόδοση της οποίας είναι συγκρίσιμη με την παραδοσιακή TPU πετροχημικής προέλευσης. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των TPU βιολογικής προέλευσης έγκειται στο επίπεδο της περιεκτικότητας σε βιολογικά προϊόντα, που κυμαίνεται γενικά από 30% έως 40%, με ορισμένες να επιτυγχάνουν ακόμη και υψηλότερα επίπεδα. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή TPU πετροχημικής προέλευσης, η TPU βιολογικής προέλευσης έχει πλεονεκτήματα όπως η μείωση των εκπομπών άνθρακα, η βιώσιμη αναγέννηση πρώτων υλών, η πράσινη παραγωγή και η διατήρηση των πόρων. Οι BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical και...Νέα Υλικά Linghuaέχουν λανσάρει τις μάρκες TPU με βάση τα βιολογικά προϊόντα τους, και η μείωση του άνθρακα και η βιωσιμότητα αποτελούν επίσης βασικές κατευθύνσεις για την ανάπτυξη TPU στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Αυγούστου 2024