TPU je polyuretánový termoplastický elastomér, čo je viacfázový blokový kopolymér zložený z diizokyanátov, polyolov a predlžovačov reťazca. Ako vysoko výkonný elastomér má TPU široké spektrum použitia v následných produktoch a je široko používaný v každodenných potrebách, športových potrebách, hračkách, dekoratívnych materiáloch a ďalších oblastiach, ako sú materiály na obuv, hadice, káble, zdravotnícke pomôcky atď.
V súčasnosti medzi hlavných výrobcov surovín TPU patria spoločnosti BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nové materiály Linghua, a tak ďalej. Vzhľadom na rozloženie a rozširovanie kapacít domácich podnikov je odvetvie TPU v súčasnosti vysoko konkurencieschopné. V oblasti špičkových aplikácií sa však stále spolieha na dovoz, čo je tiež oblasť, v ktorej musí Čína dosiahnuť prelom. Poďme sa porozprávať o budúcich trhových vyhliadkach produktov TPU.
1. Superkritický penivý E-TPU
V roku 2012 spoločnosti Adidas a BASF spoločne vyvinuli značku bežeckej obuvi EnergyBoost, ktorá ako materiál medzipodrážky používa penový TPU (obchodný názov Infinergy). Vďaka použitiu polyéterového TPU s tvrdosťou Shore A 80-85 ako substrátu si v porovnaní s medzipodrážkami EVA penové medzipodrážky TPU stále zachovávajú dobrú elasticitu a mäkkosť v prostrediach pod 0 ℃, čo zlepšuje pohodlie pri nosení a je na trhu široko uznávané.
2. Vláknom vystužený modifikovaný TPU kompozitný materiál
TPU má dobrú odolnosť proti nárazu, ale v niektorých aplikáciách je potrebný vysoký modul pružnosti a veľmi tvrdé materiály. Modifikácia výstuže zo sklenených vlákien je bežne používaná technika na zvýšenie modulu pružnosti materiálov. Modifikáciou je možné získať termoplastické kompozitné materiály s mnohými výhodami, ako je vysoký modul pružnosti, dobrá izolácia, silná tepelná odolnosť, dobrá elastická regenerácia, dobrá odolnosť proti korózii, odolnosť proti nárazu, nízky koeficient rozťažnosti a rozmerová stabilita.
Spoločnosť BASF vo svojom patente predstavila technológiu na prípravu vysokomodulového TPU vystuženého sklenenými vláknami s použitím krátkych sklenených vlákien. TPU s tvrdosťou Shore D 83 bol syntetizovaný zmiešaním polytetrafluóretylénglykolu (PTMEG, Mn=1000), MDI a 1,4-butándiolu (BDO) s 1,3-propándiolom ako surovinami. Tento TPU bol zmiešaný so sklenenými vláknami v hmotnostnom pomere 52:48, čím sa získal kompozitný materiál s modulom pružnosti 18,3 GPa a pevnosťou v ťahu 244 MPa.
Okrem sklenených vlákien existujú aj správy o produktoch s použitím kompozitu TPU z uhlíkových vlákien, ako napríklad kompozitná doska Maezio z uhlíkových vlákien/TPU od spoločnosti Covestro, ktorá má modul pružnosti až 100 GPa a nižšiu hustotu ako kovy.
3. Bezhalogénový spomaľovač horenia TPU
TPU má vysokú pevnosť, vysokú húževnatosť, vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a ďalšie vlastnosti, vďaka čomu je veľmi vhodným plášťovým materiálom pre drôty a káble. V aplikačných oblastiach, ako sú nabíjacie stanice, je však potrebná vyššia retardácia horenia. Vo všeobecnosti existujú dva spôsoby, ako zlepšiť výkonnosť TPU pri spomaľovaní horenia. Jedným z nich je reaktívna modifikácia spomaľovačov horenia, ktorá zahŕňa zavedenie materiálov spomaľujúcich horenie, ako sú polyoly alebo izokyanáty obsahujúce fosfor, dusík a ďalšie prvky, do syntézy TPU prostredníctvom chemickej väzby; Druhým je aditívna modifikácia spomaľovačov horenia, ktorá zahŕňa použitie TPU ako substrátu a pridanie spomaľovačov horenia na miešanie taveniny.
Reaktívna modifikácia môže zmeniť štruktúru TPU, ale keď je množstvo prísady spomaľovača horenia veľké, pevnosť TPU sa znižuje, spracovateľský výkon sa zhoršuje a pridaním malého množstva sa nedosiahne požadovaná úroveň spomaľovača horenia. V súčasnosti neexistuje komerčne dostupný produkt s vysokým obsahom spomaľovača horenia, ktorý by skutočne spĺňal požiadavky nabíjacích staníc.
Bývalá spoločnosť Bayer MaterialScience (teraz Kostron) kedysi v patente predstavila organický polyol obsahujúci fosfor (IHPO) na báze fosfínoxidu. Polyéter TPU syntetizovaný z IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI a BDO vykazuje vynikajúce vlastnosti spomaľujúce horenie a mechanické vlastnosti. Proces extrúzie je hladký a povrch produktu je hladký.
Pridávanie bezhalogénových spomaľovačov horenia je v súčasnosti najbežnejšie používanou technickou cestou na prípravu bezhalogénových TPU spomaľovačov horenia. Vo všeobecnosti sa ako spomaľovače horenia používajú spomaľovače horenia na báze fosforu, dusíka, kremíka alebo bóru alebo sa ako spomaľovače horenia používajú hydroxidy kovov. Vzhľadom na inherentnú horľavosť TPU je na vytvorenie stabilnej vrstvy spomaľovača horenia počas horenia často potrebné množstvo spomaľovača horenia väčšie ako 30 %. Ak je však množstvo pridaného spomaľovača horenia veľké, spomaľovač horenia sa v substráte TPU nerovnomerne rozptýli a mechanické vlastnosti TPU spomaľovača horenia nie sú ideálne, čo tiež obmedzuje jeho použitie a propagáciu v oblastiach, ako sú hadice, fólie a káble.
Patent spoločnosti BASF predstavuje technológiu TPU spomaľovača horenia, ktorá kombinuje melamínpolyfosfát a derivát kyseliny fosfínovej obsahujúci fosfor ako spomaľovače horenia s TPU s hmotnostnou priemernou molekulovou hmotnosťou vyššou ako 150 kDa. Zistilo sa, že výkon spomaľovača horenia sa výrazne zlepšil a zároveň sa dosiahla vysoká pevnosť v ťahu.
Na ďalšie zvýšenie pevnosti v ťahu materiálu patent spoločnosti BASF zavádza metódu prípravy predzmesi zosieťovacieho činidla obsahujúceho izokyanáty. Pridanie 2 % tohto typu predzmesi do zloženia, ktoré spĺňa požiadavky na spomaľovač horenia UL94V-0, môže zvýšiť pevnosť v ťahu materiálu z 35 MPa na 40 MPa pri zachovaní vlastností spomaľovača horenia V-0.
Na zlepšenie odolnosti samozhášacieho TPU voči tepelnému starnutiu bol patentovanýSpoločnosť Linghua New Materialstiež predstavuje metódu použitia povrchovo potiahnutých hydroxidov kovov ako spomaľovačov horenia. S cieľom zlepšiť odolnosť TPU spomaľovača horenia voči hydrolýze,Spoločnosť Linghua New Materialszaviedol uhličitan kovu na základe pridania melamínového spomaľovača horenia v inej patentovej prihláške.
4. TPU pre ochrannú fóliu pre automobilový lak
Ochranná fólia na lak auta je ochranná fólia, ktorá po inštalácii izoluje povrch laku od vzduchu, zabraňuje kyslým dažďom, oxidácii, poškriabaniu a poskytuje dlhotrvajúcu ochranu povrchu laku. Jej hlavnou funkciou je chrániť povrch laku auta po inštalácii. Ochranná fólia laku sa zvyčajne skladá z troch vrstiev: samoopravného povlaku na povrchu, polymérnej fólie v strede a akrylového tlakovo citlivého lepidla na spodnej vrstve. TPU je jedným z hlavných materiálov na výrobu medziľahlých polymérnych fólií.
Požiadavky na výkon TPU používaného v ochranných fóliách na lak sú nasledovné: odolnosť voči poškriabaniu, vysoká priehľadnosť (priepustnosť svetla > 95 %), flexibilita pri nízkych teplotách, odolnosť voči vysokým teplotám, pevnosť v ťahu > 50 MPa, predĺženie > 400 % a tvrdosť Shore A v rozsahu 87 – 93; Najdôležitejšou vlastnosťou je odolnosť voči poveternostným vplyvom, ktorá zahŕňa odolnosť voči UV starnutiu, tepelno-oxidačnej degradácii a hydrolýze.
V súčasnosti sú zrelými produktmi alifatické TPU vyrobené z dicyklohexyldiizokyanátu (H12MDI) a polykaprolaktóndiolu ako surovín. Bežný aromatický TPU viditeľne zožltne po jednom dni UV žiarenia, zatiaľ čo alifatický TPU používaný na polep automobilov si za rovnakých podmienok udrží svoj koeficient žltnutia bez výrazných zmien.
Poly(ε-kaprolaktón) TPU má v porovnaní s polyéterovým a polyesterovým TPU vyváženejší výkon. Na jednej strane vykazuje vynikajúcu odolnosť voči roztrhnutiu bežného polyesterového TPU, zatiaľ čo na druhej strane vykazuje aj vynikajúcu nízku trvalú deformáciu v kompresii a vysoký odrazový výkon polyéterového TPU, vďaka čomu sa na trhu široko používa.
Vzhľadom na rôzne požiadavky na nákladovú efektívnosť produktu po segmentácii trhu, so zlepšením technológie povrchových úprav a schopnosti prispôsobiť sa receptúre lepidla, existuje v budúcnosti aj možnosť použitia polyéteru alebo bežného polyesteru H12MDI alifatického TPU na ochranné fólie laku.
5. BioTPU
Bežnou metódou prípravy TPU na bio báze je zavedenie monomérov alebo medziproduktov na bio báze počas polymerizačného procesu, ako sú napríklad izokyanáty na bio báze (ako napríklad MDI, PDI), polyoly na bio báze atď. Spomedzi nich sú izokyanáty na bio báze na trhu relatívne zriedkavé, zatiaľ čo polyoly na bio báze sú bežnejšie.
Pokiaľ ide o bioizokyanáty, už v roku 2000 investovali spoločnosti BASF, Covestro a ďalšie veľa úsilia do výskumu PDI a prvá várka produktov PDI bola uvedená na trh v rokoch 2015 – 2016. Spoločnosť Wanhua Chemical vyvinula 100 % bioizokyanáty s použitím bioPDI vyrobeného z kukuričných sĺz.
Pokiaľ ide o biopolyoly, zahŕňajú biopolytetrafluóretylén (PTMEG), bio1,4-butándiol (BDO), bio1,3-propándiol (PDO), biopolyesterpolyoly, biopolyéterpolyoly atď.
V súčasnosti viacerí výrobcovia TPU uviedli na trh bio TPU, ktorého výkon je porovnateľný s tradičným petrochemickým TPU. Hlavný rozdiel medzi týmito bio TPU spočíva v úrovni obsahu bio, ktorá sa vo všeobecnosti pohybuje od 30 % do 40 %, pričom niektoré dosahujú aj vyššie úrovne. V porovnaní s tradičným petrochemickým TPU má bio TPU výhody, ako je zníženie emisií uhlíka, udržateľná regenerácia surovín, zelená výroba a ochrana zdrojov. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical aNové materiály Linghuauviedli na trh svoje značky TPU na bio báze a znižovanie emisií uhlíka a udržateľnosť sú tiež kľúčovými smermi pre rozvoj TPU v budúcnosti.
Čas uverejnenia: 9. augusta 2024