Το TPU είναι ένα θερμοπλαστικό ελαστομερές πολυουρεθάνης, το οποίο είναι ένα πολυφασικό μπλοκ συμπολυμερές που αποτελείται από διισοκυανικά, πολυόλες και επεκτατικά αλυσίδας. Ως ελαστομερές υψηλής απόδοσης, το TPU έχει ένα ευρύ φάσμα κατευθύνσεων κατάντη προϊόντων και χρησιμοποιείται ευρέως σε καθημερινές ανάγκες, αθλητικό εξοπλισμό, παιχνίδια, διακοσμητικά υλικά και άλλους τομείς, όπως υλικά παπουτσιών, εύκαμπτοι σωλήνες, καλώδια, ιατρικές συσκευές κ.λπ.
Επί του παρόντος, οι κύριοι κατασκευαστές πρώτων υλών TPU περιλαμβάνουν BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Νέα Υλικά Linghua, και ούτω καθεξής. Με τη διάταξη και την επέκταση της χωρητικότητας των εγχώριων επιχειρήσεων, η βιομηχανία TPU είναι επί του παρόντος εξαιρετικά ανταγωνιστική. Ωστόσο, στον τομέα των εφαρμογών υψηλής τεχνολογίας, εξακολουθεί να βασίζεται στις εισαγωγές, που είναι επίσης ένας τομέας στον οποίο η Κίνα χρειάζεται να επιτύχει καινοτομίες. Ας μιλήσουμε για τις μελλοντικές προοπτικές της αγοράς των προϊόντων TPU.
1. Υπερκρίσιμος αφρός E-TPU
Το 2012, η Adidas και η BASF ανέπτυξαν από κοινού την επωνυμία παπουτσιών για τρέξιμο EnergyBoost, η οποία χρησιμοποιεί αφρώδες TPU (εμπορική ονομασία infinergy) ως υλικό ενδιάμεσης σόλας. Λόγω της χρήσης πολυαιθερικού TPU με σκληρότητα Shore A 80-85 ως υπόστρωμα, σε σύγκριση με τις ενδιάμεσες σόλες EVA, οι ενδιάμεσες σόλες από αφρό TPU μπορούν ακόμα να διατηρήσουν καλή ελαστικότητα και απαλότητα σε περιβάλλοντα κάτω από 0 ℃, κάτι που βελτιώνει την άνεση χρήσης και είναι ευρέως αναγνωρισμένο στο την αγορά.
2. Τροποποιημένο σύνθετο υλικό TPU ενισχυμένο με ίνες
Το TPU έχει καλή αντοχή στην κρούση, αλλά σε ορισμένες εφαρμογές απαιτούνται υψηλό μέτρο ελαστικότητας και πολύ σκληρά υλικά. Η τροποποίηση της ενίσχυσης ινών γυαλιού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται συνήθως για την αύξηση του συντελεστή ελαστικότητας των υλικών. Μέσω της τροποποίησης, μπορούν να επιτευχθούν θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά με πολλά πλεονεκτήματα όπως υψηλό μέτρο ελαστικότητας, καλή μόνωση, ισχυρή αντίσταση στη θερμότητα, καλή ελαστική απόδοση ανάκτησης, καλή αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στην κρούση, χαμηλό συντελεστή διαστολής και σταθερότητα διαστάσεων.
Η BASF έχει εισαγάγει στην πατέντα της μια τεχνολογία για την παρασκευή ενισχυμένου με υαλοβάμβακα υψηλού συντελεστή TPU με χρήση κοντών ινών 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 συνδυάστηκε με ίνες γυαλιού σε αναλογία μάζας 52:48 για να ληφθεί ένα σύνθετο υλικό με μέτρο ελαστικότητας 18,3 GPa και αντοχή εφελκυσμού 244 MPa.
Εκτός από τις ίνες γυαλιού, υπάρχουν επίσης αναφορές για προϊόντα που χρησιμοποιούν σύνθετο TPU από ανθρακονήματα, όπως η σύνθετη πλακέτα ανθρακονημάτων/TPU Maezio της Covestro, η οποία έχει μέτρο ελαστικότητας έως 100 GPa και χαμηλότερη πυκνότητα από τα μέταλλα.
3. TPU επιβραδυντικό φλόγας χωρίς αλογόνο
Το TPU έχει υψηλή αντοχή, υψηλή ανθεκτικότητα, εξαιρετική αντοχή στη φθορά και άλλες ιδιότητες, καθιστώντας το ένα πολύ κατάλληλο υλικό θήκης για καλώδια και καλώδια. Αλλά σε πεδία εφαρμογών όπως οι σταθμοί φόρτισης, απαιτείται υψηλότερη επιβράδυνση φλόγας. Υπάρχουν γενικά δύο τρόποι για τη βελτίωση της επιβραδυντικής φλόγας της TPU. Η μία είναι η αντιδραστική τροποποίηση επιβραδυντικού φλόγας, η οποία περιλαμβάνει την εισαγωγή επιβραδυντικών φλόγας υλικών όπως πολυόλες ή ισοκυανικά που περιέχουν φώσφορο, άζωτο και άλλα στοιχεία στη σύνθεση της TPU μέσω χημικών δεσμών. Η δεύτερη είναι η πρόσθετη τροποποίηση επιβραδυντικού φλόγας, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση TPU ως υπόστρωμα και την προσθήκη επιβραδυντικών φλόγας για ανάμειξη τήξης.
Η αντιδραστική τροποποίηση μπορεί να αλλάξει τη δομή του TPU, αλλά όταν η ποσότητα του πρόσθετου επιβραδυντικού φλόγας είναι μεγάλη, η ισχύς του TPU μειώνεται, η απόδοση επεξεργασίας επιδεινώνεται και η προσθήκη μικρής ποσότητας δεν μπορεί να επιτύχει το απαιτούμενο επίπεδο επιβραδυντικού φλόγας. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει εμπορικά διαθέσιμο προϊόν υψηλής φλόγας που να μπορεί να ανταποκριθεί πραγματικά στην εφαρμογή των σταθμών φόρτισης.
Η πρώην Bayer MaterialScience (τώρα Kostron) εισήγαγε κάποτε μια πολυόλη που περιέχει οργανικό φώσφορο (IHPO) με βάση το οξείδιο της φωσφίνης σε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Ο πολυαιθερικός TPU που συντίθεται από IHPO, PTMEG-1000, 4,4'- MDI και BDO παρουσιάζει εξαιρετική επιβραδυντικότητα φλόγας και μηχανικές ιδιότητες. Η διαδικασία εξώθησης είναι ομαλή και η επιφάνεια του προϊόντος είναι λεία.
Η προσθήκη επιβραδυντικών φλόγας χωρίς αλογόνο είναι αυτή τη στιγμή η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική οδός για την παρασκευή επιβραδυντικού φλόγας χωρίς αλογόνο TPU. Γενικά, επιβραδυντικά φλόγας με βάση το φώσφορο, το άζωτο, το πυρίτιο, με βάση το βόριο συνδυάζονται ή χρησιμοποιούνται υδροξείδια μετάλλων ως επιβραδυντικά φλόγας. Λόγω της εγγενούς αναφλεξιμότητας του TPU, απαιτείται συχνά ποσότητα πλήρωσης επιβραδυντικού φλόγας μεγαλύτερη από 30% για να σχηματιστεί ένα σταθερό στρώμα επιβραδυντικής φλόγας κατά την καύση. Ωστόσο, όταν η ποσότητα του επιβραδυντικού φλόγας που προστίθεται είναι μεγάλη, το επιβραδυντικό φλόγας διασπείρεται άνισα στο υπόστρωμα TPU και οι μηχανικές ιδιότητες του επιβραδυντικού φλόγας TPU δεν είναι ιδανικές, γεγονός που περιορίζει επίσης την εφαρμογή και την προώθησή του σε τομείς όπως εύκαμπτοι σωλήνες, μεμβράνες και καλώδια.
Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της BASF εισάγει μια τεχνολογία επιβραδυντικής φλόγας TPU, η οποία συνδυάζει πολυφωσφορική μελαμίνη και ένα παράγωγο φωσφορικού οξέος που περιέχει φωσφόρο ως επιβραδυντικά φλόγας με TPU με μέσο μοριακό βάρος μεγαλύτερο από 150 kDa. Διαπιστώθηκε ότι η απόδοση του επιβραδυντικού φλόγας βελτιώθηκε σημαντικά, επιτυγχάνοντας παράλληλα υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό.
Για περαιτέρω ενίσχυση της αντοχής σε εφελκυσμό του υλικού, το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της BASF εισάγει μια μέθοδο για την παρασκευή της κύριας παρτίδας παράγοντα διασύνδεσης που περιέχει ισοκυανικά. Η προσθήκη 2% αυτού του τύπου masterbatch σε μια σύνθεση που πληροί τις απαιτήσεις επιβραδυντικού φλόγας UL94V-0 μπορεί να αυξήσει την αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού από 35MPa σε 40MPa διατηρώντας παράλληλα την απόδοση επιβραδυντικού φλόγας V-0.
Για τη βελτίωση της αντίστασης στη θερμική γήρανση του επιβραδυντικού φλόγας TPU, το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τουLinghua New Materials Companyεισάγει επίσης μια μέθοδο χρήσης επιφανειακά επικαλυμμένων υδροξειδίων μετάλλων ως επιβραδυντικά φλόγας. Προκειμένου να βελτιωθεί η αντίσταση υδρόλυσης της επιβραδυντικής φλόγας TPU,Linghua New Materials Companyεισήγαγε ανθρακικό μέταλλο με βάση την προσθήκη επιβραδυντικού φλόγας μελαμίνης σε άλλη αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας.
4. TPU για προστατευτική μεμβράνη βαφής αυτοκινήτων
Η προστατευτική μεμβράνη βαφής αυτοκινήτου είναι μια προστατευτική μεμβράνη που απομονώνει την επιφάνεια του χρώματος από τον αέρα μετά την εγκατάσταση, αποτρέπει την όξινη βροχή, την οξείδωση, τις γρατσουνιές και παρέχει μακροχρόνια προστασία για την επιφάνεια του χρώματος. Η κύρια λειτουργία του είναι να προστατεύει την επιφάνεια βαφής του αυτοκινήτου μετά την εγκατάσταση. Η προστατευτική μεμβράνη βαφής αποτελείται γενικά από τρία στρώματα, με μια αυτο-θεραπευόμενη επίστρωση στην επιφάνεια, μια μεμβράνη πολυμερούς στη μέση και μια ακρυλική κόλλα ευαίσθητη στην πίεση στο κάτω στρώμα. Το TPU είναι ένα από τα κύρια υλικά για την παρασκευή ενδιάμεσων πολυμερών μεμβρανών.
Οι απαιτήσεις απόδοσης για το TPU που χρησιμοποιείται στο φιλμ προστασίας βαφής είναι οι εξής: αντοχή στις γρατσουνιές, υψηλή διαφάνεια (διαπερατότητα φωτός>95%), ευελιξία σε χαμηλή θερμοκρασία, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή εφελκυσμού>50MPa, επιμήκυνση>400%, και Shore A Εύρος σκληρότητας 87-93; Η πιο σημαντική απόδοση είναι η αντοχή στις καιρικές συνθήκες, η οποία περιλαμβάνει αντοχή στη γήρανση UV, θερμική οξειδωτική αποικοδόμηση και υδρόλυση.
Τα επί του παρόντος ώριμα προϊόντα είναι αλειφατική TPU που παρασκευάζεται από διισοκυανικό δικυκλοεξυλεστέρα (H12MDI) και διόλη πολυκαπρολακτόνης ως πρώτες ύλες. Η συνηθισμένη αρωματική TPU γίνεται ορατά κίτρινη μετά από μία ημέρα ακτινοβολίας UV, ενώ η αλειφατική TPU που χρησιμοποιείται για φιλμ περιτυλίγματος αυτοκινήτου μπορεί να διατηρήσει τον συντελεστή κιτρίνισής της χωρίς σημαντικές αλλαγές υπό τις ίδιες συνθήκες.
Η πολυ (ε – καπρολακτόνη) TPU έχει πιο ισορροπημένη απόδοση σε σύγκριση με την πολυαιθερική και πολυεστερική TPU. Από τη μία πλευρά, μπορεί να παρουσιάσει εξαιρετική αντοχή στο σχίσιμο της συνηθισμένης πολυεστερικής TPU, ενώ από την άλλη, επιδεικνύει επίσης εξαιρετική μόνιμη παραμόρφωση χαμηλής συμπίεσης και υψηλή απόδοση επαναφοράς πολυαιθερικού TPU, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται ευρέως στην αγορά.
Λόγω των διαφορετικών απαιτήσεων για τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας του προϊόντος μετά την κατάτμηση της αγοράς, με τη βελτίωση της τεχνολογίας επιφανειακής επίστρωσης και της ικανότητας προσαρμογής της φόρμουλας κόλλας, υπάρχει επίσης η πιθανότητα να εφαρμοστεί μελλοντικά σε μεμβράνες προστασίας βαφής πολυαιθέρας ή συνηθισμένος πολυεστέρας H12MDI αλειφατική TPU.
5. TPU βιοβασισμένης
Η κοινή μέθοδος για την παρασκευή βιοβασιζόμενης TPU είναι η εισαγωγή μονομερών ή ενδιαμέσων βιολογικών ενώσεων κατά τη διαδικασία πολυμερισμού, όπως ισοκυανικά με βιολογική βάση (όπως MDI, PDI), πολυόλες βιολογικής βάσης, κ.λπ. στην αγορά, ενώ οι πολυόλες με βιολογική βάση είναι πιο κοινές.
Όσον αφορά τα βιολογικά ισοκυανικά, ήδη από το 2000, η BASF, η Covestro και άλλοι έχουν επενδύσει μεγάλη προσπάθεια στην έρευνα PDI και η πρώτη παρτίδα προϊόντων PDI κυκλοφόρησε στην αγορά το 2015-2016. Η Wanhua Chemical έχει αναπτύξει προϊόντα TPU με 100% βιολογική βάση χρησιμοποιώντας PDI βιολογικής βάσης που παράγονται από τροφή καλαμποκιού.
Όσον αφορά τις πολυόλες βιολογικής βάσης, περιλαμβάνει πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTMEG), 1,4-βουτανοδιόλη (BDO), 1,3-προπανοδιόλη βιολογικής βάσης (PDO), πολυεστερικές πολυόλες βιολογικής βάσης, πολυαιθερικές πολυόλες βιολογικής βάσης, κ.λπ.
Προς το παρόν, πολλοί κατασκευαστές TPU έχουν λανσάρει TPU με βιολογική βάση, της οποίας η απόδοση είναι συγκρίσιμη με την παραδοσιακή TPU που βασίζεται σε πετροχημικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των TPU που βασίζονται σε βιολογικά προϊόντα έγκειται στο επίπεδο του περιεχομένου που βασίζεται σε βιολογικά προϊόντα, που γενικά κυμαίνεται από 30% έως 40%, με ορισμένες μάλιστα να επιτυγχάνουν υψηλότερα επίπεδα. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό TPU με βάση τα πετροχημικά, το TPU με βάση βιοχημικά έχει πλεονεκτήματα όπως η μείωση των εκπομπών άνθρακα, η βιώσιμη αναγέννηση πρώτων υλών, η πράσινη παραγωγή και η διατήρηση των πόρων. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical καιΝέα Υλικά Linghuaέχουν λανσάρει τις μάρκες TPU που βασίζονται σε βιολογικά προϊόντα και η μείωση του άνθρακα και η βιωσιμότητα είναι επίσης βασικές κατευθύνσεις για την ανάπτυξη TPU στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: Aug-09-2024