Ang TPU ay isang polyurethane thermoplastic elastomer, na isang multiphase block copolymer na binubuo ng mga diisocyanate, polyol, at chain extender. Bilang isang high-performance elastomer, ang TPU ay may malawak na hanay ng mga direksyon ng downstream na produkto at malawakang ginagamit sa mga pang-araw-araw na pangangailangan, kagamitan sa palakasan, laruan, pandekorasyon na materyales, at iba pang larangan, tulad ng mga materyales sa sapatos, hose, kable, mga aparatong medikal, atbp.
Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing tagagawa ng hilaw na materyales ng TPU ay kinabibilangan ng BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Mga Bagong Materyales ng Linghua, at iba pa. Dahil sa paglawak ng layout at kapasidad ng mga lokal na negosyo, ang industriya ng TPU ay kasalukuyang lubos na mapagkumpitensya. Gayunpaman, sa larangan ng high-end na aplikasyon, umaasa pa rin ito sa mga import, na isa ring larangan na kailangang makamit ng Tsina ang mga tagumpay. Pag-usapan natin ang mga prospect sa merkado sa hinaharap ng mga produktong TPU.
1. Superkritikal na foaming E-TPU
Noong 2012, magkasamang binuo ng Adidas at BASF ang tatak ng sapatos pangtakbo na EnergyBoost, na gumagamit ng foamed TPU (trade name na infinergy) bilang materyal sa midsole. Dahil sa paggamit ng polyether TPU na may Shore A hardness na 80-85 bilang substrate, kumpara sa EVA midsoles, ang foamed TPU midsoles ay maaari pa ring mapanatili ang mahusay na elastisidad at lambot sa mga kapaligirang mas mababa sa 0 ℃, na nagpapabuti sa komportableng suot at malawak na kinikilala sa merkado.
2. Pinatibay ng hibla ang binagong TPU composite material
Ang TPU ay may mahusay na resistensya sa impact, ngunit sa ilang mga aplikasyon, kinakailangan ang mataas na elastic modulus at napakatigas na materyales. Ang pagbabago sa glass fiber reinforcement ay isang karaniwang ginagamit na pamamaraan upang mapataas ang elastic modulus ng mga materyales. Sa pamamagitan ng pagbabago, makakamit ang mga thermoplastic composite na materyales na may maraming bentahe tulad ng mataas na elastic modulus, mahusay na insulasyon, malakas na resistensya sa init, mahusay na elastic recovery performance, mahusay na resistensya sa corrosion, resistensya sa impact, mababang coefficient of expansion, at dimensional stability.
Ipinakilala ng BASF ang isang teknolohiya para sa paghahanda ng high modulus fiberglass reinforced TPU gamit ang glass short fibers sa kanilang patente. Isang TPU na may Shore D hardness na 83 ang na-synthesize sa pamamagitan ng paghahalo ng polytetrafluoroethylene glycol (PTMEG, Mn=1000), MDI, at 1,4-butanediol (BDO) kasama ang 1,3-propanediol bilang mga hilaw na materyales. Ang TPU na ito ay hinaluan ng glass fiber sa mass ratio na 52:48 upang makakuha ng isang composite material na may elastic modulus na 18.3 GPa at tensile strength na 244 MPa.
Bukod sa glass fiber, mayroon ding mga ulat ng mga produktong gumagamit ng carbon fiber composite TPU, tulad ng Maezio carbon fiber/TPU composite board ng Covestro, na mayroong elastic modulus na hanggang 100GPa at mas mababang densidad kaysa sa mga metal.
3. TPU na walang halogen flame retardant
Ang TPU ay may mataas na lakas, mataas na tibay, mahusay na resistensya sa pagkasira at iba pang mga katangian, kaya isa itong angkop na materyal para sa mga alambre at kable. Ngunit sa mga larangan ng aplikasyon tulad ng mga charging station, kinakailangan ang mas mataas na flame retardancy. Sa pangkalahatan, may dalawang paraan upang mapabuti ang flame retardant performance ng TPU. Ang isa ay ang reactive flame retardant modification, na kinabibilangan ng pagpapakilala ng mga materyales na flame retardant tulad ng polyols o isocyanates na naglalaman ng phosphorus, nitrogen, at iba pang elemento sa synthesis ng TPU sa pamamagitan ng chemical bonding; Ang pangalawa ay ang additive flame retardant modification, na kinabibilangan ng paggamit ng TPU bilang substrate at pagdaragdag ng flame retardants para sa melt mixing.
Maaaring baguhin ng reaktibong pagbabago ang istruktura ng TPU, ngunit kapag malaki ang dami ng additive flame retardant, bumababa ang lakas ng TPU, lumalala ang performance ng pagproseso, at ang pagdaragdag ng kaunting dami ay hindi makakamit ang kinakailangang antas ng flame retardant. Sa kasalukuyan, walang produktong high flame retardant na makukuha sa komersyo na tunay na makakatugon sa aplikasyon ng mga charging station.
Ang dating Bayer MaterialScience (ngayon ay Kostron) ay minsang nagpakilala ng isang organikong polyol (IHPO) na naglalaman ng phosphorus batay sa phosphine oxide sa isang patente. Ang polyether TPU na na-synthesize mula sa IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI, at BDO ay nagpapakita ng mahusay na flame retardancy at mekanikal na mga katangian. Ang proseso ng extrusion ay makinis, at ang ibabaw ng produkto ay makinis.
Ang pagdaragdag ng mga halogen-free flame retardant sa kasalukuyan ay ang pinakakaraniwang ginagamit na teknikal na paraan para sa paghahanda ng mga halogen-free flame retardant na TPU. Sa pangkalahatan, ang mga phosphorus-based, nitrogen-based, silicon-based, boron-based flame retardant ay pinagsasama-sama o ginagamit bilang mga flame retardant ang mga metal hydroxide. Dahil sa likas na kakayahang magliyab ng TPU, ang dami ng flame retardant filling na higit sa 30% ay kadalasang kinakailangan upang bumuo ng isang matatag na flame retardant layer habang nasusunog. Gayunpaman, kapag malaki ang dami ng flame retardant na idinagdag, ang flame retardant ay hindi pantay na nakakalat sa substrate ng TPU, at ang mga mekanikal na katangian ng flame retardant na TPU ay hindi perpekto, na naglilimita rin sa aplikasyon at promosyon nito sa mga larangan tulad ng mga hose, film, at mga kable.
Ipinakilala ng patente ng BASF ang isang teknolohiyang flame-retardant TPU, na pinaghalo ang melamine polyphosphate at isang phosphorus na naglalaman ng derivative ng phosphinic acid bilang flame retardants kasama ang TPU na may average na timbang na molecular weight na higit sa 150kDa. Natuklasan na ang flame retardant performance ay lubos na napabuti habang nakakamit ang mataas na tensile strength.
Upang higit pang mapahusay ang tensile strength ng materyal, ipinakilala ng patente ng BASF ang isang paraan para sa paghahanda ng crosslinking agent masterbatch na naglalaman ng isocyanates. Ang pagdaragdag ng 2% ng ganitong uri ng masterbatch sa isang komposisyon na nakakatugon sa mga kinakailangan sa UL94V-0 flame retardant ay maaaring magpataas ng tensile strength ng materyal mula 35MPa hanggang 40MPa habang pinapanatili ang V-0 flame retardant performance.
Upang mapabuti ang resistensya sa pagtanda ng init ng flame-retardant TPU, ang patente ngLinghua New Materials Companynagpapakilala rin ng isang paraan ng paggamit ng mga metal hydroxide na pinahiran sa ibabaw bilang mga flame retardant. Upang mapabuti ang resistensya sa hydrolysis ng flame-retardant TPU,Linghua New Materials Companynagpakilala ng metal carbonate batay sa pagdaragdag ng melamine flame retardant sa isa pang aplikasyon ng patente.
4. TPU para sa pelikulang pangprotekta sa pintura ng sasakyan
Ang film na panprotekta sa pintura ng kotse ay isang film na panprotekta na naghihiwalay sa ibabaw ng pintura mula sa hangin pagkatapos ng pagkabit, pinipigilan ang acid rain, oksihenasyon, mga gasgas, at nagbibigay ng pangmatagalang proteksyon para sa ibabaw ng pintura. Ang pangunahing tungkulin nito ay protektahan ang ibabaw ng pintura ng kotse pagkatapos ng pagkabit. Ang film na panprotekta sa pintura ay karaniwang binubuo ng tatlong patong, na may self-healing coating sa ibabaw, isang polymer film sa gitna, at isang acrylic pressure-sensitive adhesive sa ilalim na patong. Ang TPU ay isa sa mga pangunahing materyales para sa paghahanda ng mga intermediate polymer film.
Ang mga kinakailangan sa pagganap para sa TPU na ginagamit sa film na pangprotekta sa pintura ay ang mga sumusunod: resistensya sa gasgas, mataas na transparency (light transmittance>95%), flexibility sa mababang temperatura, resistensya sa mataas na temperatura, tensile strength>50MPa, elongation>400%, at Shore A hardness range na 87-93; Ang pinakamahalagang pagganap ay ang resistensya sa panahon, na kinabibilangan ng resistensya sa UV aging, thermal oxidative degradation, at hydrolysis.
Ang mga kasalukuyang mature na produkto ay aliphatic TPU na inihanda mula sa dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) at polycaprolactone diol bilang hilaw na materyales. Ang ordinaryong aromatic TPU ay kitang-kitang nagiging dilaw pagkatapos ng isang araw ng UV irradiation, habang ang aliphatic TPU na ginagamit para sa car wrap film ay maaaring mapanatili ang yellowing coefficient nito nang walang makabuluhang pagbabago sa ilalim ng parehong mga kondisyon.
Ang Poly (ε – caprolactone) TPU ay may mas balanseng pagganap kumpara sa polyether at polyester TPU. Sa isang banda, maaari itong magpakita ng mahusay na resistensya sa pagkapunit gaya ng ordinaryong polyester TPU, habang sa kabilang banda, nagpapakita rin ito ng natatanging mababang compression permanent deformation at mataas na rebound performance ng polyether TPU, kaya malawakang ginagamit sa merkado.
Dahil sa iba't ibang mga kinakailangan para sa pagiging epektibo sa gastos ng produkto pagkatapos ng segmentasyon ng merkado, kasama ang pagpapabuti ng teknolohiya ng patong sa ibabaw at kakayahang ayusin ang pormula ng pandikit, mayroon ding pagkakataon para sa polyether o ordinaryong polyester H12MDI aliphatic TPU na ilapat sa mga pelikulang pangprotekta sa pintura sa hinaharap.
5. TPU na nakabase sa bio
Ang karaniwang pamamaraan para sa paghahanda ng bio-based TPU ay ang pagpapakilala ng mga bio-based monomer o intermediate sa panahon ng proseso ng polimerisasyon, tulad ng mga bio-based isocyanate (tulad ng MDI, PDI), mga bio-based polyol, atbp. Kabilang sa mga ito, ang mga bio-based isocyanate ay medyo bihira sa merkado, habang ang mga bio-based polyol ay mas karaniwan.
Pagdating sa mga bio-based isocyanates, noon pang taong 2000, ang BASF, Covestro, at iba pa ay naglaan ng malaking pagsisikap sa pananaliksik sa PDI, at ang unang batch ng mga produktong PDI ay inilagay sa merkado noong 2015-2016. Ang Wanhua Chemical ay nakabuo ng 100% bio-based na mga produktong TPU gamit ang bio-based na PDI na gawa sa corn stover.
Kung pag-uusapan ang bio-based polyols, kabilang dito ang bio-based polytetrafluoroethylene (PTMEG), bio-based 1,4-butanediol (BDO), bio-based 1,3-propanediol (PDO), bio-based polyester polyols, bio-based polyether polyols, atbp.
Sa kasalukuyan, maraming tagagawa ng TPU ang naglunsad ng mga bio-based na TPU, na ang performance ay maihahambing sa tradisyonal na petrochemical based na TPU. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga bio-based na TPU na ito ay nasa antas ng nilalamang bio-based, na karaniwang mula 30% hanggang 40%, na ang ilan ay nakakamit pa nga ng mas mataas na antas. Kung ikukumpara sa tradisyonal na petrochemical based na TPU, ang bio-based na TPU ay may mga bentahe tulad ng pagbabawas ng carbon emissions, napapanatiling pagbabagong-buhay ng mga hilaw na materyales, berdeng produksyon, at konserbasyon ng mapagkukunan. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical, atMga Bagong Materyales ng Linghuanaglunsad ng kanilang mga tatak ng TPU na nakabase sa bio, at ang pagbabawas ng carbon at pagpapanatili ay mga pangunahing direksyon din para sa pag-unlad ng TPU sa hinaharap.
Oras ng pag-post: Agosto-09-2024