TPU er en polyurethan termoplastisk elastomer, som er en flerfaset blokcopolymer bestående af diisocyanater, polyoler og kædeforlængere. Som en højtydende elastomer har TPU en bred vifte af downstream produktretninger og er meget anvendt i daglige fornødenheder, sportsudstyr, legetøj, dekorative materialer og andre områder, såsom skomaterialer, slanger, kabler, medicinsk udstyr osv.
I øjeblikket omfatter de vigtigste producenter af TPU-råmaterialer BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman og Wanhua Chemical.Linghua nye materialerosv. Med den indenlandske virksomheds udformning og kapacitetsudvidelse er TPU-industrien i øjeblikket yderst konkurrencepræget. Inden for avancerede applikationer er den dog stadig afhængig af import, hvilket også er et område, hvor Kina skal opnå gennembrud. Lad os tale om de fremtidige markedsudsigter for TPU-produkter.
1. Superkritisk skummende E-TPU
I 2012 udviklede Adidas og BASF i fællesskab løbeskomærket EnergyBoost, der bruger skummet TPU (handelsnavnet infinergy) som mellemsålsmateriale. På grund af brugen af polyether TPU med en Shore A-hårdhed på 80-85 som substrat kan skummede TPU-mellemsåler, sammenlignet med EVA-mellemsåler, stadig opretholde god elasticitet og blødhed i miljøer under 0 ℃, hvilket forbedrer bærekomforten og er bredt anerkendt på markedet.
2. Fiberforstærket modificeret TPU-kompositmateriale
TPU har god slagfasthed, men i nogle anvendelser kræves der et højt elasticitetsmodul og meget hårde materialer. Modifikation af glasfiberforstærkning er en almindeligt anvendt teknik til at øge materialers elasticitetsmodul. Gennem modifikation kan termoplastiske kompositmaterialer med mange fordele opnås, såsom højt elasticitetsmodul, god isolering, stærk varmebestandighed, god elastisk genvindingsevne, god korrosionsbestandighed, slagfasthed, lav udvidelseskoefficient og dimensionsstabilitet.
BASF har i sit patent introduceret en teknologi til fremstilling af højmoduleret glasfiberforstærket TPU ved hjælp af korte glasfibre. En TPU med en Shore D-hårdhed på 83 blev syntetiseret ved at blande polytetrafluorethylenglycol (PTMEG, Mn=1000), MDI og 1,4-butandiol (BDO) med 1,3-propandiol som råmaterialer. Denne TPU blev blandet med glasfibre i et masseforhold på 52:48 for at opnå et kompositmateriale med et elasticitetsmodul på 18,3 GPa og en trækstyrke på 244 MPa.
Ud over glasfiber er der også rapporter om produkter, der bruger kulfiberkomposit TPU, såsom Covestros Maezio kulfiber/TPU kompositplade, som har et elasticitetsmodul på op til 100 GPa og en lavere densitet end metaller.
3. Halogenfri flammehæmmende TPU
TPU har høj styrke, høj sejhed, fremragende slidstyrke og andre egenskaber, hvilket gør det til et meget velegnet kappemateriale til ledninger og kabler. Men inden for anvendelsesområder som ladestationer kræves der højere flammehæmning. Der er generelt to måder at forbedre TPU's flammehæmmende ydeevne på. Den ene er reaktiv flammehæmmende modifikation, som involverer at introducere flammehæmmende materialer såsom polyoler eller isocyanater, der indeholder fosfor, nitrogen og andre elementer, i syntesen af TPU gennem kemisk binding; den anden er additiv flammehæmmende modifikation, som involverer at bruge TPU som substrat og tilsætte flammehæmmere til smelteblanding.
Reaktiv modifikation kan ændre TPU's struktur, men når mængden af additiv flammehæmmer er stor, falder TPU'ens styrke, forarbejdningsydelsen forringes, og tilsætning af en lille mængde kan ikke opnå det krævede flammehæmmende niveau. I øjeblikket findes der intet kommercielt tilgængeligt produkt med høj flammehæmning, der virkelig kan opfylde anvendelsen af ladestationer.
Det tidligere Bayer MaterialScience (nu Kostron) introducerede engang en organisk fosforholdig polyol (IHPO) baseret på fosfinoxid i et patent. Polyether-TPU syntetiseret fra IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI og BDO udviser fremragende flammehæmning og mekaniske egenskaber. Ekstruderingsprocessen er glat, og produktets overflade er glat.
Tilsætning af halogenfri flammehæmmere er i øjeblikket den mest almindeligt anvendte tekniske metode til fremstilling af halogenfri flammehæmmende TPU. Generelt blandes fosforbaserede, nitrogenbaserede, siliciumbaserede og borbaserede flammehæmmere, eller metalhydroxider anvendes som flammehæmmere. På grund af TPU's iboende brandbarhed kræves der ofte en mængde flammehæmmende påfyldning på mere end 30 % for at danne et stabilt flammehæmmende lag under forbrænding. Men når mængden af tilsat flammehæmmer er stor, fordeles flammehæmmeren ujævnt i TPU-substratet, og de mekaniske egenskaber af den flammehæmmende TPU er ikke ideelle, hvilket også begrænser dens anvendelse og markedsføring inden for områder som slanger, film og kabler.
BASF's patent introducerer en flammehæmmende TPU-teknologi, der blander melaminpolyfosfat og et fosforholdigt derivat af fosfinsyre som flammehæmmere med TPU med en vægtgennemsnitlig molekylvægt på over 150 kDa. Det blev konstateret, at flammehæmmerens ydeevne blev betydeligt forbedret, samtidig med at der blev opnået høj trækstyrke.
For yderligere at forbedre materialets trækstyrke introducerer BASF's patent en metode til fremstilling af en masterbatch af tværbindingsmidler, der indeholder isocyanater. Tilsætning af 2% af denne type masterbatch til en sammensætning, der opfylder UL94V-0 flammehæmmende krav, kan øge materialets trækstyrke fra 35 MPa til 40 MPa, samtidig med at V-0 flammehæmmende ydeevne opretholdes.
For at forbedre varmeældningsbestandigheden af flammehæmmende TPU, patentet fraLinghua nye materialer virksomhedintroducerer også en metode til at bruge overfladebelagte metalhydroxider som flammehæmmere. For at forbedre hydrolysebestandigheden af flammehæmmende TPU,Linghua nye materialer virksomhedintroducerede metalkarbonat på basis af tilsætning af melaminflammehæmmeren i en anden patentansøgning.
4. TPU til beskyttelsesfilm til billak
Beskyttelsesfilm til billak er en beskyttende film, der isolerer lakoverfladen fra luften efter montering, forhindrer sur regn, oxidation, ridser og giver langvarig beskyttelse af lakoverfladen. Dens hovedfunktion er at beskytte billakoverfladen efter montering. Lakbeskyttelsesfilmen består generelt af tre lag med en selvreparerende belægning på overfladen, en polymerfilm i midten og et akryl-trykfølsomt klæbemiddel på bundlaget. TPU er et af de vigtigste materialer til fremstilling af mellemliggende polymerfilm.
Ydeevnekravene for TPU, der anvendes i malingsbeskyttelsesfilm, er som følger: ridsefasthed, høj transparens (lystransmission > 95%), fleksibilitet ved lav temperatur, modstandsdygtighed ved høj temperatur, trækstyrke > 50 MPa, forlængelse > 400% og et Shore A-hårdhedsområde på 87-93. Den vigtigste ydeevne er vejrbestandighed, som omfatter modstandsdygtighed over for UV-ældning, termisk oxidativ nedbrydning og hydrolyse.
De nuværende modne produkter er alifatisk TPU fremstillet af dicyclohexyldiisocyanat (H12MDI) og polycaprolactondiol som råmaterialer. Almindelig aromatisk TPU bliver synligt gul efter en dags UV-bestråling, mens alifatisk TPU, der anvendes til bilfolie, kan bevare sin gulningskoefficient uden væsentlige ændringer under de samme forhold.
Poly (ε-caprolacton) TPU har en mere afbalanceret ydeevne sammenlignet med polyether og polyester TPU. På den ene side kan det udvise den fremragende rivestyrke, der er sammenlignet med almindelig polyester TPU, mens det på den anden side også udviser enestående permanent deformation med lav kompression og høj rebound-ydeevne, der er sammenlignet med polyether TPU, og det er derfor meget udbredt på markedet.
På grund af forskellige krav til produktets omkostningseffektivitet efter markedssegmentering, med forbedringen af overfladebelægningsteknologi og justeringsevnen for klæbemiddelformler, er der også en chance for, at polyether eller almindelig polyester H12MDI alifatisk TPU kan anvendes i lakbeskyttelsesfilm i fremtiden.
5. Biobaseret TPU
Den almindelige metode til fremstilling af biobaseret TPU er at introducere biobaserede monomerer eller mellemprodukter under polymerisationsprocessen, såsom biobaserede isocyanater (såsom MDI, PDI), biobaserede polyoler osv. Blandt dem er biobaserede isocyanater relativt sjældne på markedet, mens biobaserede polyoler er mere almindelige.
Med hensyn til biobaserede isocyanater, havde BASF, Covestro og andre allerede i år 2000 investeret en stor indsats i PDI-forskning, og det første parti PDI-produkter blev bragt på markedet i 2015-2016. Wanhua Chemical har udviklet 100% biobaserede TPU-produkter ved hjælp af biobaseret PDI lavet af majsstøv.
Med hensyn til biobaserede polyoler omfatter det biobaseret polytetrafluorethylen (PTMEG), biobaseret 1,4-butandiol (BDO), biobaseret 1,3-propandiol (PDO), biobaserede polyesterpolyoler, biobaserede polyetherpolyoler osv.
I øjeblikket har flere TPU-producenter lanceret biobaseret TPU, hvis ydeevne kan sammenlignes med traditionel petrokemisk baseret TPU. Den største forskel mellem disse biobaserede TPU'er ligger i niveauet af biobaseret indhold, som generelt spænder fra 30 % til 40 %, hvor nogle endda opnår højere niveauer. Sammenlignet med traditionel petrokemisk baseret TPU har biobaseret TPU fordele såsom reduktion af CO2-udledning, bæredygtig regenerering af råmaterialer, grøn produktion og ressourcebevarelse. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical ogLinghua nye materialerhar lanceret deres biobaserede TPU-mærker, og CO2-reduktion og bæredygtighed er også nøgleretninger for TPU-udvikling i fremtiden.
Opslagstidspunkt: 9. august 2024