TPU je polyuretanový termoplastický elastomer, což je vícefázový blokový kopolymer složený z diisokyanátů, polyolů a prodlužovačů řetězce. Jako vysoce výkonný elastomer má TPU širokou škálu použití v následných produktech a je široce používán v předmětech denní potřeby, sportovním vybavení, hračkách, dekorativních materiálech a dalších oblastech, jako jsou materiály na obuv, hadice, kabely, zdravotnické prostředky atd.
V současné době mezi hlavní výrobce surovin pro TPU patří BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nové materiály Linghua, a tak dále. Vzhledem k rozložení a rozšiřování kapacit domácích podniků je odvětví TPU v současné době vysoce konkurenceschopné. V oblasti špičkových aplikací je však stále závislé na dovozu, což je také oblast, ve které Čína potřebuje dosáhnout průlomu. Pojďme si promluvit o budoucích tržních vyhlídkách produktů TPU.
1. Superkritický pěnivý E-TPU
V roce 2012 společnosti Adidas a BASF společně vyvinuly značku běžeckých bot EnergyBoost, která jako materiál mezipodešve používá pěnový TPU (obchodní název Infinergy). Díky použití polyéterového TPU s tvrdostí Shore A 80-85 jako substrátu si pěnové mezipodešve z TPU ve srovnání s mezipodešvemi z EVA stále udržují dobrou elasticitu a měkkost v prostředí pod 0 °C, což zlepšuje pohodlí při nošení a je na trhu široce uznáváno.
2. Vláknem vyztužený modifikovaný TPU kompozitní materiál
TPU má dobrou odolnost proti nárazu, ale v některých aplikacích je vyžadován vysoký modul pružnosti a velmi tvrdé materiály. Modifikace výztuže ze skelných vláken je běžně používaná technika pro zvýšení modulu pružnosti materiálů. Modifikací lze získat termoplastické kompozitní materiály s mnoha výhodami, jako je vysoký modul pružnosti, dobrá izolace, silná tepelná odolnost, dobrá elastická návratnost, dobrá odolnost proti korozi, odolnost proti nárazu, nízký koeficient roztažnosti a rozměrová stabilita.
Společnost BASF ve svém patentu představila technologii pro přípravu vysokomodulového TPU vyztuženého skelnými vlákny s použitím krátkých skleněných vláken. TPU s tvrdostí Shore D 83 byl syntetizován smícháním polytetrafluorethylenglykolu (PTMEG, Mn=1000), MDI a 1,4-butandiolu (BDO) s 1,3-propandiolem jako surovinami. Tento TPU byl smíchán se skleněnými vlákny v hmotnostním poměru 52:48 za účelem získání kompozitního materiálu s modulem pružnosti 18,3 GPa a pevností v tahu 244 MPa.
Kromě skleněných vláken existují také zprávy o produktech s použitím kompozitu TPU z uhlíkových vláken, jako je například kompozitní deska Maezio z uhlíkových vláken a TPU od společnosti Covestro, která má modul pružnosti až 100 GPa a nižší hustotu než kovy.
3. Bezhalogenový nehořlavý TPU
TPU má vysokou pevnost, vysokou houževnatost, vynikající odolnost proti opotřebení a další vlastnosti, díky čemuž je velmi vhodným plášťovým materiálem pro vodiče a kabely. V aplikačních oblastech, jako jsou nabíjecí stanice, je však vyžadována vyšší zpomalovací schopnost hoření. Obecně existují dva způsoby, jak zlepšit vlastnosti TPU zpomalující hoření. Jedním z nich je reaktivní modifikace zpomalující hoření, která zahrnuje zavedení materiálů zpomalujících hoření, jako jsou polyoly nebo isokyanáty obsahující fosfor, dusík a další prvky, do syntézy TPU prostřednictvím chemické vazby; Druhým je aditivní modifikace zpomalující hoření, která zahrnuje použití TPU jako substrátu a přidání zpomalujících přísad pro míchání taveniny.
Reaktivní modifikace může změnit strukturu TPU, ale pokud je množství přísady zpomalující hoření velké, pevnost TPU se snižuje, zpracovatelský výkon se zhoršuje a přidáním malého množství nelze dosáhnout požadované úrovně zpomalující hoření. V současné době neexistuje žádný komerčně dostupný produkt s vysokým obsahem zpomalujícího hoření, který by skutečně splňoval požadavky nabíjecích stanic.
Bývalá společnost Bayer MaterialScience (nyní Kostron) kdysi v patentu představila organický polyol obsahující fosfor (IHPO) na bázi oxidu fosfinu. Polyether TPU syntetizovaný z IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI a BDO vykazuje vynikající nehořlavost a mechanické vlastnosti. Proces extruze je hladký a povrch produktu je hladký.
Přidávání bezhalogenových zpomalovačů hoření je v současnosti nejčastěji používanou technickou cestou pro výrobu bezhalogenových zpomalovačů hoření TPU. Obecně se jako zpomalovače hoření mísí zpomalovače hoření na bázi fosforu, dusíku, křemíku nebo boru nebo se jako zpomalovače hoření používají hydroxidy kovů. Vzhledem k inherentní hořlavosti TPU je pro vytvoření stabilní vrstvy zpomalovače hoření během hoření často nutné množství zpomalovače hoření vyšší než 30 %. Pokud je však přidané množství zpomalovače hoření velké, zpomalovač hoření se v substrátu TPU nerovnoměrně rozptýlí a mechanické vlastnosti zpomalovače hoření TPU nejsou ideální, což také omezuje jeho použití a propagaci v oblastech, jako jsou hadice, fólie a kabely.
Patent společnosti BASF zavádí technologii TPU s funkcí zpomalování hoření, která kombinuje melaminpolyfosfát a derivát kyseliny fosfinové obsahující fosfor jako zpomalovače hoření s TPU s hmotnostně průměrnou molekulovou hmotností vyšší než 150 kDa. Bylo zjištěno, že vlastnosti zpomalovače hoření se výrazně zlepšily a zároveň se dosáhlo vysoké pevnosti v tahu.
Pro další zvýšení pevnosti materiálu v tahu zavádí patent společnosti BASF metodu přípravy předsměsi síťovacího činidla obsahujícího isokyanáty. Přidání 2 % tohoto typu předsměsi do složení, které splňuje požadavky na zpomalovač hoření dle normy UL94V-0, může zvýšit pevnost v tahu materiálu z 35 MPa na 40 MPa při zachování vlastností zpomalovače hoření dle normy V-0.
Pro zlepšení odolnosti proti tepelnému stárnutí nehořlavého TPU byl patentovánSpolečnost Linghua New Materialstaké zavádí metodu použití povrchově potažených hydroxidů kovů jako zpomalovačů hoření. Za účelem zlepšení odolnosti TPU zpomalovačů hoření vůči hydrolýze,Společnost Linghua New Materialszavedl uhličitan kovu na základě přidání melaminové zpomalovače hoření v jiné patentové přihlášce.
4. TPU pro ochrannou fólii automobilového laku
Ochranná fólie na lak automobilu je ochranná fólie, která po instalaci izoluje povrch laku od vzduchu, zabraňuje kyselým dešťům, oxidaci, poškrábání a poskytuje dlouhodobou ochranu povrchu laku. Její hlavní funkcí je chránit povrch laku automobilu po instalaci. Ochranná fólie na lak se obvykle skládá ze tří vrstev: samoopravitelný povlak na povrchu, polymerní fólie uprostřed a akrylové samolepicí lepidlo na spodní vrstvě. TPU je jedním z hlavních materiálů pro výrobu mezilehlých polymerních fólií.
Požadavky na výkon TPU používaného v ochranných fóliích pro lak jsou následující: odolnost proti poškrábání, vysoká průhlednost (propustnost světla > 95 %), flexibilita za nízkých teplot, odolnost proti vysokým teplotám, pevnost v tahu > 50 MPa, prodloužení > 400 % a tvrdost Shore A v rozmezí 87-93; Nejdůležitější vlastností je odolnost vůči povětrnostním vlivům, která zahrnuje odolnost vůči UV stárnutí, tepelně oxidační degradaci a hydrolýze.
Aktuálně vyspělými produkty jsou alifatické TPU vyrobené z dicyklohexyldiisokyanátu (H12MDI) a polykaprolaktondiolu jako surovin. Běžné aromatické TPU viditelně žloutne po jednom dni UV záření, zatímco alifatické TPU používané pro polep automobilů si za stejných podmínek udrží svůj koeficient žloutnutí bez významných změn.
Poly(ε-kaprolakton) TPU má ve srovnání s polyetherovým a polyesterovým TPU vyváženější výkon. Na jedné straně může vykazovat vynikající odolnost proti roztržení jako běžný polyesterový TPU, zatímco na druhé straně také vykazuje vynikající nízkou trvalou deformaci v tlaku a vysoký odrazivý výkon polyetherového TPU, a proto je na trhu široce používán.
Vzhledem k odlišným požadavkům na nákladovou efektivitu produktů po segmentaci trhu, se zlepšením technologie povrchových úprav a možností úpravy složení lepidla existuje v budoucnu také možnost použití polyéteru nebo běžného polyesteru H12MDI alifatického TPU na ochranné fólie laku.
5. BioTPU
Běžnou metodou pro přípravu TPU na bio bázi je zavedení monomerů nebo meziproduktů na bio bázi během polymeračního procesu, jako jsou bio isokyanáty (jako je MDI, PDI), bio polyoly atd. Mezi nimi jsou bio isokyanáty na trhu relativně vzácné, zatímco bio polyoly jsou běžnější.
Pokud jde o bioisokyanáty, již v roce 2000 investovaly společnosti BASF, Covestro a další velké úsilí do výzkumu PDI a první várka produktů PDI byla uvedena na trh v letech 2015–2016. Společnost Wanhua Chemical vyvinula 100% bio TPU produkty s použitím bio PDI vyrobeného z kukuřičných stébel.
Pokud jde o biopolyoly, zahrnují biopolytetrafluorethylen (PTMEG), bio1,4-butandiol (BDO), bio1,3-propandiol (PDO), biopolyesterpolyoly, biopolyetherpolyoly atd.
V současné době uvedlo na trh několik výrobců TPU na bio bázi, jejichž výkon je srovnatelný s tradičním TPU na petrochemické bázi. Hlavní rozdíl mezi těmito TPU na bio bázi spočívá v úrovni obsahu bio bází, která se obvykle pohybuje od 30 % do 40 %, přičemž některé dosahují i vyšších úrovní. Ve srovnání s tradičním TPU na petrochemické bázi má TPU na bio bázi výhody, jako je snížení emisí uhlíku, udržitelná regenerace surovin, zelená výroba a ochrana zdrojů. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical aNové materiály Linghuauvedly na trh své značky TPU na bio bázi a snižování emisí uhlíku a udržitelnost jsou také klíčovými směry pro budoucí rozvoj TPU.
Čas zveřejnění: 9. srpna 2024