TPU je poliuretanski termoplastični elastomer, ki je večfazni blokovni kopolimer, sestavljen iz diizocianatov, poliolov in podaljševalnikov verige. Kot visokozmogljiv elastomer ima TPU široko paleto smeri nadaljnje proizvodnje in se pogosto uporablja v vsakodnevnih potrebščinah, športni opremi, igračah, dekorativnih materialih in na drugih področjih, kot so materiali za čevlje, cevi, kabli, medicinski pripomočki itd.
Trenutno so glavni proizvajalci surovin za TPU BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Novi materiali Linhua, in tako naprej. Zaradi postavitve in širitve zmogljivosti domačih podjetij je industrija TPU trenutno zelo konkurenčna. Vendar pa je na področju visokokakovostnih aplikacij še vedno odvisna od uvoza, kar je področje, kjer mora Kitajska doseči preboj. Pogovorimo se o prihodnjih tržnih obetih izdelkov TPU.
1. Superkritični peneči E-TPU
Leta 2012 sta Adidas in BASF skupaj razvila blagovno znamko tekaških copat EnergyBoost, ki kot material vmesnega podplata uporablja penasti TPU (blagovna znamka Infinergy). Zaradi uporabe polieterskega TPU s trdoto Shore A 80-85 kot podlage lahko v primerjavi z vmesnimi podplati EVA penasti vmesni podplati še vedno ohranijo dobro elastičnost in mehkobo v okoljih pod 0 ℃, kar izboljša udobje nošenja in je na trgu široko prepoznavno.
2. Z vlakni ojačan modificiran TPU kompozitni material
TPU ima dobro odpornost proti udarcem, vendar so v nekaterih aplikacijah potrebni visok elastični modul in zelo trdi materiali. Modifikacija ojačitve s steklenimi vlakni je pogosto uporabljena tehnika za povečanje elastičnega modula materialov. Z modifikacijo je mogoče doseči termoplastične kompozitne materiale s številnimi prednostmi, kot so visok elastični modul, dobra izolacija, močna toplotna odpornost, dobra elastična regeneracija, dobra korozijska odpornost, odpornost proti udarcem, nizek koeficient raztezanja in dimenzijska stabilnost.
BASF je v svojem patentu predstavil tehnologijo za pripravo visokomodularnega TPU, ojačanega s steklenimi vlakni, z uporabo kratkih steklenih vlaken. TPU s trdoto po Shore D 83 je bil sintetiziran z mešanjem politetrafluoroetilen glikola (PTMEG, Mn=1000), MDI in 1,4-butandiola (BDO) z 1,3-propandiolom kot surovinami. Ta TPU je bil zmešan s steklenimi vlakni v masnem razmerju 52:48, da je bil pridobljen kompozitni material z elastičnim modulom 18,3 GPa in natezno trdnostjo 244 MPa.
Poleg steklenih vlaken obstajajo tudi poročila o izdelkih, ki uporabljajo kompozitni TPU iz ogljikovih vlaken, kot je na primer kompozitna plošča Maezio iz ogljikovih vlaken/TPU podjetja Covestro, ki ima modul elastičnosti do 100 GPa in nižjo gostoto kot kovine.
3. TPU brez halogenov, negorljiv
TPU ima visoko trdnost, visoko žilavost, odlično odpornost proti obrabi in druge lastnosti, zaradi česar je zelo primeren material za plašč žic in kablov. Vendar pa je na področjih uporabe, kot so polnilne postaje, potrebna večja odpornost proti gorenju. Na splošno obstajata dva načina za izboljšanje učinkovitosti TPU kot zaviralca gorenja. Prvi je reaktivna modifikacija z zaviralcem gorenja, ki vključuje uvajanje materialov, ki zavirajo gorenje, kot so polioli ali izocianati, ki vsebujejo fosfor, dušik in druge elemente, v sintezo TPU s kemično vezjo; drugi pa je aditivna modifikacija z zaviralcem gorenja, ki vključuje uporabo TPU kot substrata in dodajanje zaviralcev gorenja za mešanje taline.
Reaktivna modifikacija lahko spremeni strukturo TPU, vendar se pri veliki količini aditiva za zaviranje gorenja trdnost TPU zmanjša, zmogljivost obdelave se poslabša, z majhno količino pa ni mogoče doseči zahtevane ravni zaviranja gorenja. Trenutno ni komercialno dostopnega izdelka z visoko stopnjo zaviranja gorenja, ki bi resnično ustrezal potrebam polnilnih postaj.
Nekdanje podjetje Bayer MaterialScience (zdaj Kostron) je nekoč v patentu predstavilo organski poliol, ki vsebuje fosfor (IHPO), na osnovi fosfinskega oksida. Polieter TPU, sintetiziran iz IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI in BDO, kaže odlične lastnosti zaviranja gorenja in mehanske lastnosti. Postopek ekstrudiranja je gladek, površina izdelka pa gladka.
Dodajanje zaviralcev gorenja brez halogenov je trenutno najpogosteje uporabljena tehnična pot za pripravo TPU, ki zavira gorenje brez halogenov. Na splošno se zaviralci gorenja na osnovi fosforja, dušika, silicija ali bora mešajo ali pa se kot zaviralci gorenja uporabljajo kovinski hidroksidi. Zaradi inherentne vnetljivosti TPU je za tvorbo stabilne plasti zaviralca gorenja med gorenjem pogosto potrebna količina zaviralca gorenja več kot 30 %. Če pa je količina dodanega zaviralca gorenja velika, se zaviralec gorenja neenakomerno porazdeli v substratu TPU, mehanske lastnosti TPU, ki zavira gorenje, pa niso idealne, kar omejuje tudi njegovo uporabo in promocijo na področjih, kot so cevi, folije in kabli.
Patent podjetja BASF uvaja tehnologijo zaviralcev gorenja TPU, ki združuje melamin polifosfat in derivat fosfinske kisline, ki vsebuje fosfor, kot zaviralca gorenja s TPU s povprečno molekulsko maso večjo od 150 kDa. Ugotovljeno je bilo, da se je učinkovitost zaviralca gorenja znatno izboljšala, hkrati pa je bila dosežena visoka natezna trdnost.
Za dodatno povečanje natezne trdnosti materiala BASF-ov patent uvaja metodo za pripravo glavne zmesi za zamreženje, ki vsebuje izocianate. Z dodajanjem 2 % te vrste glavne zmesi sestavi, ki izpolnjuje zahteve UL94V-0 glede zaviranja gorenja, se lahko natezna trdnost materiala poveča s 35 MPa na 40 MPa, hkrati pa se ohrani učinkovitost zaviranja gorenja V-0.
Za izboljšanje odpornosti na toplotno staranje negorljivega TPU je bil patentPodjetje za nove materiale Linghuapredstavlja tudi metodo uporabe površinsko prevlečenih kovinskih hidroksidov kot zaviralcev gorenja. Da bi izboljšali odpornost proti hidrolizi negorljivega TPU,Podjetje za nove materiale Linghuav drugi patentni prijavi uvedel kovinski karbonat na podlagi dodajanja melaminskega zaviralca gorenja.
4. TPU za avtomobilsko zaščitno folijo za barvo
Zaščitna folija za avtomobilski lak je zaščitna folija, ki po namestitvi izolira površino laka od zraka, preprečuje kisli dež, oksidacijo, praske in zagotavlja dolgotrajno zaščito površine laka. Njena glavna funkcija je zaščita površine avtomobila po namestitvi. Zaščitna folija za lak je običajno sestavljena iz treh plasti, s samoobnavljajočim se premazom na površini, polimerno folijo na sredini in akrilnim samolepilnim slojem na spodnji plasti. TPU je eden glavnih materialov za pripravo vmesnih polimernih folij.
Zahteve glede zmogljivosti TPU, ki se uporablja v zaščitni foliji za barvo, so naslednje: odpornost na praske, visoka prosojnost (prepustnost svetlobe > 95 %), fleksibilnost pri nizkih temperaturah, odpornost na visoke temperature, natezna trdnost > 50 MPa, raztezek > 400 % in trdota po Shore A v območju 87–93; Najpomembnejša lastnost je odpornost na vremenske vplive, ki vključuje odpornost na UV-staranje, toplotno-oksidativno razgradnjo in hidrolizo.
Trenutno zreli izdelki so alifatski TPU, pripravljen iz dicikloheksil diizocianata (H12MDI) in polikaprolakton diola kot surovin. Navadni aromatski TPU vidno porumeni po enem dnevu UV-obsevanja, medtem ko alifatski TPU, ki se uporablja za avtomobilske folije, lahko ohrani svoj koeficient rumenenja brez bistvenih sprememb pod enakimi pogoji.
Poli(ε-kaprolakton) TPU ima v primerjavi s polietrskim in poliestrskim TPU bolj uravnoteženo delovanje. Po eni strani lahko kaže odlično odpornost proti trganju običajnega poliestrskega TPU, po drugi strani pa ima tudi izjemno nizko trajno deformacijo pri stiskanju in visoko odpornost proti odboju polieterske TPU, zato se na trgu pogosto uporablja.
Zaradi različnih zahtev glede stroškovne učinkovitosti izdelkov po segmentaciji trga, z izboljšanjem tehnologije površinskih premazov in sposobnostjo prilagajanja formule lepila, obstaja tudi možnost, da se v prihodnosti za zaščitne folije za barvo uporabi polieter ali navadni poliester H12MDI alifatski TPU.
5. Biološki TPU
Običajna metoda za pripravo biološko zasnovanega TPU je uvedba biološko zasnovanih monomerov ali intermediatov med postopkom polimerizacije, kot so biološko zasnovani izocianati (kot sta MDI, PDI), biološko zasnovani polioli itd. Med njimi so biološko zasnovani izocianati na trgu relativno redki, medtem ko so biološko zasnovani polioli pogostejši.
Kar zadeva biološke izocianate, so BASF, Covestro in drugi že leta 2000 vložili veliko truda v raziskave PDI, prva serija izdelkov PDI pa je bila dana na trg v letih 2015–2016. Wanhua Chemical je razvil 100 % biološke izdelke TPU z uporabo biološkega PDI, izdelanega iz koruznih stružkov.
Kar zadeva biološke poliole, vključujejo biološki politetrafluoroetilen (PTMEG), biološki 1,4-butandiol (BDO), biološki 1,3-propandiol (PDO), biološki poliestrske poliole, biološki polieterske poliole itd.
Trenutno je več proizvajalcev TPU na trg lansiralo TPU na biološki osnovi, katerega zmogljivost je primerljiva s tradicionalnim TPU na osnovi petrokemije. Glavna razlika med temi TPU na biološki osnovi je v stopnji vsebnosti bioloških snovi, ki se običajno giblje od 30 % do 40 %, nekateri pa dosegajo celo višje ravni. V primerjavi s tradicionalnim TPU na osnovi petrokemije ima TPU na biološki osnovi prednosti, kot so zmanjšanje emisij ogljika, trajnostna regeneracija surovin, zelena proizvodnja in ohranjanje virov. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical inNovi materiali Linhuaso lansirali svoje blagovne znamke TPU na biološki osnovi, zmanjšanje ogljika in trajnost pa sta prav tako ključni smeri za razvoj TPU v prihodnosti.
Čas objave: 9. avg. 2024