TPU je poliuretanski termoplastični elastomer, ki je večfazni blok kopolimer, sestavljen iz diizocianatov, poliolov in podaljševalcev verige. Kot visoko zmogljiv elastomer ima TPU široko paleto proizvodnih smeri in se pogosto uporablja v vsakodnevnih potrebah, športni opremi, igračah, dekorativnih materialih in na drugih področjih, kot so materiali za čevlje, cevi, kabli, medicinske naprave itd.
Trenutno so glavni proizvajalci surovin TPU BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Novi materiali Linhuain tako naprej. S postavitvijo in širitvijo zmogljivosti domačih podjetij je industrija TPU trenutno zelo konkurenčna. Vendar se na področju vrhunskih aplikacij še vedno zanaša na uvoz, kar je tudi področje, na katerem mora Kitajska doseči preboj. Pogovorimo se o prihodnjih tržnih obetih izdelkov TPU.
1. Superkritično penjenje E-TPU
Leta 2012 sta Adidas in BASF skupaj razvila blagovno znamko tekaških copat EnergyBoost, ki kot material vmesnega podplata uporablja penast TPU (trgovsko ime infinergy). Zaradi uporabe polietra TPU s trdoto Shore A 80-85 kot podlage lahko v primerjavi z vmesnimi podplati iz EVA vmesni podplati iz penastega TPU še vedno ohranijo dobro elastičnost in mehkobo v okoljih pod 0 ℃, kar izboljša udobje pri nošenju in je splošno priznano v trg.
2. Modificiran TPU kompozitni material, ojačan z vlakni
TPU ima dobro odpornost na udarce, vendar so v nekaterih aplikacijah potrebni visoki moduli elastičnosti in zelo trdi materiali. Modifikacija ojačitve s steklenimi vlakni je pogosto uporabljena tehnika za povečanje modula elastičnosti materialov. Z modifikacijo je mogoče pridobiti termoplastične kompozitne materiale s številnimi prednostmi, kot so visok modul elastičnosti, dobra izolacija, močna odpornost na toploto, dobra zmogljivost obnavljanja elastičnosti, dobra odpornost proti koroziji, odpornost na udarce, nizek koeficient raztezanja in dimenzijska stabilnost.
BASF je v svojem patentu predstavil tehnologijo za pripravo visokomodulnega TPU, ojačanega s steklenimi vlakni, z uporabo kratkih steklenih vlaken. TPU s trdoto Shore D 83 je bil sintetiziran z mešanjem politetrafluoroetilenglikola (PTMEG, Mn=1000), MDI in 1,4-butandiola (BDO) z 1,3-propandiolom kot surovinami. Ta TPU je bil spojen s steklenimi vlakni v masnem razmerju 52:48, da je nastal kompozitni material z modulom elastičnosti 18,3 GPa in natezno trdnostjo 244 MPa.
Poleg steklenih vlaken obstajajo tudi poročila o izdelkih, ki uporabljajo kompozit TPU iz ogljikovih vlaken, kot je Covestrova kompozitna plošča iz ogljikovih vlaken/TPU Maezio, ki ima modul elastičnosti do 100 GPa in manjšo gostoto kot kovine.
3. TPU, ki zavira gorenje brez halogenov
TPU ima visoko trdnost, visoko žilavost, odlično odpornost proti obrabi in druge lastnosti, zaradi česar je zelo primeren material za plašč za žice in kable. Toda na področjih uporabe, kot so polnilne postaje, je potrebna višja odpornost na gorenje. Na splošno obstajata dva načina za izboljšanje ognjevarnosti TPU. Ena je reaktivna modifikacija zaviralca gorenja, ki vključuje uvedbo materialov, ki zavirajo gorenje, kot so polioli ali izocianati, ki vsebujejo fosfor, dušik in druge elemente, v sintezo TPU s kemično vezavo; Drugi je aditivna modifikacija zaviralcev gorenja, ki vključuje uporabo TPU kot substrata in dodajanje zaviralcev gorenja za mešanje taline.
Reaktivna modifikacija lahko spremeni strukturo TPU, toda ko je količina aditiva za zaviranje gorenja velika, se moč TPU zmanjša, zmogljivost obdelave se poslabša in dodajanje majhne količine ne more doseči zahtevane ravni zaviralca gorenja. Trenutno ni komercialno dostopnega izdelka z visokim zaviralcem gorenja, ki bi lahko resnično ustrezal uporabi polnilnih postaj.
Nekdanji Bayer MaterialScience (zdaj Kostron) je nekoč v patentu predstavil poliol, ki vsebuje organski fosfor (IHPO) na osnovi fosfinovega oksida. Polieter TPU, sintetiziran iz IHPO, PTMEG-1000, 4,4'- MDI in BDO, ima odlično odpornost na gorenje in mehanske lastnosti. Postopek iztiskanja je gladek in površina izdelka je gladka.
Dodajanje zaviralcev gorenja brez halogenov je trenutno najpogosteje uporabljena tehnična pot za pripravo TPU, ki zavira gorenje brez halogenov. Na splošno se kot zaviralci gorenja uporabljajo spojine zaviralcev gorenja na osnovi fosforja, dušika, silicija, bora ali kovinski hidroksidi. Zaradi inherentne vnetljivosti TPU je pogosto potrebna več kot 30-odstotna količina polnila, ki zavira gorenje, da se med zgorevanjem tvori stabilen sloj, ki zavira gorenje. Ko pa je dodana količina zaviralca gorenja velika, je zaviralec gorenja neenakomerno razpršen v substratu TPU in mehanske lastnosti zaviralca gorenja TPU niso idealne, kar prav tako omejuje njegovo uporabo in promocijo na področjih, kot so cevi, folije , in kabli.
BASF-ov patent uvaja tehnologijo TPU, ki zavira gorenje, ki meša melamin polifosfat in derivat fosfinske kisline, ki vsebuje fosfor, kot zaviralca gorenja s TPU s povprečno molekulsko maso nad 150 kDa. Ugotovljeno je bilo, da se je učinkovitost zaviranja gorenja bistveno izboljšala, medtem ko je bila dosežena visoka natezna trdnost.
Za dodatno izboljšanje natezne trdnosti materiala BASF-ov patent uvaja metodo za pripravo masterbatcha sredstva za zamreženje, ki vsebuje izocianate. Če dodate 2 % te vrste masterbatcha v sestavo, ki izpolnjuje zahteve za zaviranje gorenja UL94V-0, lahko povečate natezno trdnost materiala s 35MPa na 40MPa, hkrati pa ohranite učinkovitost zaviralca gorenja V-0.
Za izboljšanje odpornosti proti staranju ognjevarnega TPU, patentaPodjetje Linhua za nove materialeuvaja tudi metodo uporabe površinsko prevlečenih kovinskih hidroksidov kot zaviralcev gorenja. Za izboljšanje odpornosti proti hidrolizi negorljivega TPU,Podjetje Linhua za nove materialepredstavil kovinski karbonat na osnovi dodajanja zaviralca gorenja melamina v drugi patentni prijavi.
4. TPU za zaščito avtomobilske barve
Zaščitna folija za lak avtomobila je zaščitna folija, ki po namestitvi izolira površino laka od zraka, preprečuje kisli dež, oksidacijo, praske in zagotavlja dolgotrajno zaščito površine laka. Njegova glavna funkcija je zaščita površine avtomobilskega laka po namestitvi. Zaščitna folija za barvo je običajno sestavljena iz treh plasti, s samozdravilnim premazom na površini, polimernim filmom v sredini in akrilnim lepilom, občutljivim na pritisk, na spodnji plasti. TPU je eden glavnih materialov za pripravo vmesnih polimernih filmov.
Zahteve glede zmogljivosti za TPU, ki se uporablja v zaščitni foliji za barve, so naslednje: odpornost proti praskam, visoka prosojnost (prepustnost svetlobe >95 %), fleksibilnost pri nizkih temperaturah, odpornost na visoke temperature, natezna trdnost >50MPa, raztezek >400 % in Shore A območje trdote 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 polikaprolaktondiola kot surovin. Navadni aromatski TPU vidno porumeni po enem dnevu UV obsevanja, medtem ko lahko alifatski TPU, ki se uporablja za folije za avtomobilske ovoje, pod enakimi pogoji ohrani svoj koeficient rumenosti brez bistvenih sprememb.
Poli (ε – kaprolakton) TPU ima bolj uravnoteženo delovanje v primerjavi s polieterskim in poliestrskim TPU. Po eni strani lahko pokaže odlično odpornost na trganje običajnega poliestrskega TPU, po drugi strani pa tudi izjemno nizko kompresijsko trajno deformacijo in visoko zmogljivost odboja polietra TPU, zato se pogosto uporablja na trgu.
Zaradi različnih zahtev glede stroškovne učinkovitosti izdelka po segmentaciji trga, z izboljšanjem tehnologije površinskega premaza in zmožnosti prilagajanja lepilne formule, obstaja tudi možnost, da se polieter ali navaden poliester H12MDI alifatski TPU v prihodnosti uporablja za zaščitne folije za barve.
5. TPU na biološki osnovi
Običajna metoda za pripravo TPU na biološki osnovi je uvedba monomerov ali intermediatov na biološki osnovi med postopkom polimerizacije, kot so izocianati na biološki osnovi (kot sta MDI, PDI), polioli na biološki osnovi itd. Med njimi so izocianati na biološki osnovi relativno redki v na trgu, medtem ko so biološki polioli pogostejši.
Kar zadeva izocianate na biološki osnovi, so že leta 2000 BASF, Covestro in drugi vložili veliko truda v raziskave PDI, prva serija izdelkov PDI pa je bila dana na trg v letih 2015–2016. Podjetje Wanhua Chemical je razvilo 100-odstotno biološke TPU izdelke z uporabo bioosnovanega PDI, izdelanega iz koruze.
Kar zadeva poliole na biološki osnovi, vključuje politetrafluoretilen na biološki osnovi (PTMEG), 1,4-butandiol na biološki osnovi (BDO), 1,3-propandiol na biološki osnovi (PDO), poliesterske poliole na biološki osnovi, polieter poliole na biološki osnovi itd.
Trenutno je več proizvajalcev TPU lansiralo TPU na biološki osnovi, katerega zmogljivost je primerljiva s tradicionalnim TPU na petrokemični osnovi. Glavna razlika med temi biološkimi TPU-ji je v ravni biološke vsebine, ki se običajno giblje od 30 % do 40 %, pri čemer nekateri dosegajo celo višje ravni. V primerjavi s tradicionalnim TPU na petrokemični osnovi 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, ki temeljijo na bioloških izdelkih, zmanjšanje ogljika in trajnost pa sta tudi ključni usmeritvi za razvoj TPU v prihodnosti.
Čas objave: 9. avgust 2024