TPU is een thermoplastisch polyurethaanelastomeer, een meerfasig blokcopolymeer bestaande uit diisocyanaten, polyolen en ketenverlengers. Als hoogwaardig elastomeer heeft TPU een breed scala aan downstream-productrichtingen en wordt het veel gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportuitrusting, speelgoed, decoratieve materialen en andere gebieden, zoals schoenmaterialen, slangen, kabels, medische apparaten, enz.
Momenteel omvatten de belangrijkste producenten van TPU-grondstoffen BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua nieuwe materialen, enzovoort. Met de lay-out en capaciteitsuitbreiding van binnenlandse ondernemingen is de TPU-industrie momenteel zeer concurrerend. Op het gebied van hoogwaardige toepassingen is het echter nog steeds afhankelijk van import, wat ook een gebied is waarop China doorbraken moet bewerkstelligen. Laten we het hebben over de toekomstige marktvooruitzichten van TPU-producten.
1. Superkritisch schuimende E-TPU
In 2012 ontwikkelden Adidas en BASF gezamenlijk het hardloopschoenenmerk EnergyBoost, dat geschuimd TPU (handelsnaam infinergy) als tussenzoolmateriaal gebruikt. Door het gebruik van polyether TPU met een Shore A-hardheid van 80-85 als substraat, vergeleken met EVA-tussenzolen, kunnen geschuimde TPU-tussenzolen nog steeds een goede elasticiteit en zachtheid behouden in omgevingen onder 0 ℃, wat het draagcomfort verbetert en algemeen wordt erkend in de markt.
2. Vezelversterkt gemodificeerd TPU-composietmateriaal
TPU heeft een goede slagvastheid, maar voor sommige toepassingen zijn een hoge elasticiteitsmodulus en zeer harde materialen vereist. Modificatie van glasvezelversterking is een veelgebruikte techniek om de elasticiteitsmodulus van materialen te vergroten. Door modificatie kunnen thermoplastische composietmaterialen met vele voordelen worden verkregen, zoals hoge elasticiteitsmodulus, goede isolatie, sterke hittebestendigheid, goede elastische herstelprestaties, goede corrosieweerstand, slagvastheid, lage uitzettingscoëfficiënt en maatvastheid.
BASF heeft in haar patent een technologie geïntroduceerd voor het bereiden van glasvezelversterkte TPU met hoge modulus met behulp van korte glasvezels. Een TPU met een Shore D-hardheid van 83 werd gesynthetiseerd door polytetrafluorethyleenglycol (PTMEG, Mn = 1000), MDI en 1,4-butaandiol (BDO) te mengen met 1,3-propaandiol als grondstoffen. Dit TPU werd gemengd met glasvezel in een massaverhouding van 52:48 om een composietmateriaal te verkrijgen met een elastische modulus van 18,3 GPa en een treksterkte van 244 MPa.
Naast glasvezel zijn er ook berichten over producten die gebruikmaken van koolstofvezelcomposiet TPU, zoals Covestro's Maezio koolstofvezel/TPU-composietbord, dat een elastische modulus heeft tot 100 GPa en een lagere dichtheid dan metalen.
3. Halogeenvrije vlamvertragende TPU
TPU heeft een hoge sterkte, hoge taaiheid, uitstekende slijtvastheid en andere eigenschappen, waardoor het een zeer geschikt omhulselmateriaal is voor draden en kabels. Maar in toepassingsgebieden zoals laadstations is een hogere vlamvertraging vereist. Er zijn over het algemeen twee manieren om de vlamvertragende prestaties van TPU te verbeteren. De ene is reactieve vlamvertragende modificatie, waarbij vlamvertragende materialen zoals polyolen of isocyanaten die fosfor, stikstof en andere elementen bevatten, worden geïntroduceerd in de synthese van TPU door middel van chemische binding; De tweede is de additieve vlamvertragende modificatie, waarbij TPU als substraat wordt gebruikt en vlamvertragers worden toegevoegd voor het mengen van de smelt.
Reactieve modificatie kan de structuur van TPU veranderen, maar wanneer de hoeveelheid additief vlamvertragend middel groot is, neemt de sterkte van TPU af, verslechtert de verwerkingsprestatie en kan het toevoegen van een kleine hoeveelheid niet het vereiste vlamvertragende niveau bereiken. Momenteel is er geen commercieel verkrijgbaar product met een hoge vlamvertrager dat echt kan voldoen aan de toepassing van laadstations.
Voormalig Bayer MaterialScience (nu Kostron) introduceerde ooit in een patent een organisch fosforhoudend polyol (IHPO) op basis van fosfineoxide. Het polyether TPU gesynthetiseerd uit IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI en BDO vertoont uitstekende vlamvertraging en mechanische eigenschappen. Het extrusieproces is glad en het oppervlak van het product is glad.
Het toevoegen van halogeenvrije vlamvertragers is momenteel de meest gebruikte technische route voor het bereiden van halogeenvrije vlamvertragers TPU. In het algemeen worden op fosfor gebaseerde, op stikstof gebaseerde, op silicium gebaseerde en op boor gebaseerde vlamvertragers gemengd of worden metaalhydroxiden gebruikt als vlamvertragers. Vanwege de inherente ontvlambaarheid van TPU is vaak een vlamvertragende vulhoeveelheid van meer dan 30% nodig om tijdens de verbranding een stabiele vlamvertragende laag te vormen. Wanneer de toegevoegde hoeveelheid vlamvertrager echter groot is, wordt de vlamvertrager ongelijkmatig verspreid in het TPU-substraat en zijn de mechanische eigenschappen van de vlamvertragende TPU niet ideaal, wat ook de toepassing en promotie ervan beperkt op gebieden zoals slangen, films en kabels.
Het patent van BASF introduceert een vlamvertragende TPU-technologie, waarbij melaminepolyfosfaat en een fosforhoudend derivaat van fosfinezuur als vlamvertragers worden gecombineerd met TPU met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht van meer dan 150 kDa. Er werd vastgesteld dat de vlamvertragende prestaties aanzienlijk verbeterden terwijl een hoge treksterkte werd bereikt.
Om de treksterkte van het materiaal verder te vergroten, introduceert het patent van BASF een methode voor het bereiden van een masterbatch met verknopingsmiddel die isocyanaten bevat. Door 2% van dit type masterbatch toe te voegen aan een samenstelling die voldoet aan de UL94V-0 vlamvertragende vereisten, kan de treksterkte van het materiaal worden verhoogd van 35 MPa naar 40 MPa, terwijl de V-0 vlamvertragende prestaties behouden blijven.
Om de hitteverouderingsweerstand van vlamvertragend TPU te verbeteren, is het patent vanLinghua nieuwe materialenbedrijfintroduceert ook een methode voor het gebruik van metaalhydroxiden met een oppervlaktecoating als vlamvertragers. Om de hydrolyseweerstand van vlamvertragend TPU te verbeteren,Linghua nieuwe materialenbedrijfintroduceerde metaalcarbonaat op basis van de toevoeging van melamine-vlamvertrager in een andere octrooiaanvraag.
4. TPU voor autolakbeschermingsfilm
Autolakbeschermingsfolie is een beschermfolie die het lakoppervlak na montage van de lucht isoleert, zure regen, oxidatie en krassen voorkomt en het lakoppervlak langdurig beschermt. De belangrijkste functie is het beschermen van het autolakoppervlak na installatie. De verfbeschermingsfilm bestaat doorgaans uit drie lagen, met een zelfherstellende coating op het oppervlak, een polymeerfilm in het midden en een drukgevoelige acrylkleefstof op de onderste laag. TPU is een van de belangrijkste materialen voor het vervaardigen van tussenliggende polymeerfilms.
De prestatie-eisen voor TPU gebruikt in verfbeschermingsfilms zijn als volgt: krasbestendigheid, hoge transparantie (lichtdoorlatendheid>95%), flexibiliteit bij lage temperaturen, weerstand tegen hoge temperaturen, treksterkte>50MPa, rek>400% en Shore A hardheidsbereik van 87-93; De belangrijkste prestatie is weersbestendigheid, waaronder weerstand tegen UV-veroudering, thermische oxidatieve afbraak en hydrolyse.
De momenteel volwassen producten zijn alifatisch TPU bereid uit dicyclohexyldiisocyanaat (H12MDI) en polycaprolactondiol als grondstoffen. Gewone aromatische TPU wordt zichtbaar geel na één dag UV-bestraling, terwijl alifatische TPU die wordt gebruikt voor autofolie zijn vergelingscoëfficiënt kan behouden zonder significante veranderingen onder dezelfde omstandigheden.
Poly (ε – caprolacton) TPU heeft evenwichtigere prestaties vergeleken met polyether en polyester TPU. Aan de ene kant kan het een uitstekende scheurweerstand vertonen van gewone polyester TPU, terwijl het aan de andere kant ook uitstekende permanente vervorming bij lage compressie en hoge rebound-prestaties van polyether TPU vertoont, waardoor het op grote schaal op de markt wordt gebruikt.
Vanwege de verschillende eisen aan de kosteneffectiviteit van producten na marktsegmentatie, met de verbetering van de oppervlaktecoatingtechnologie en het aanpassingsvermogen van de lijmformule, bestaat er ook een kans dat polyether of gewone polyester H12MDI alifatische TPU in de toekomst wordt toegepast op verfbeschermingsfilms.
5. Biobased TPU
De gebruikelijke methode voor het bereiden van biogebaseerde TPU is het introduceren van biogebaseerde monomeren of tussenproducten tijdens het polymerisatieproces, zoals biogebaseerde isocyanaten (zoals MDI, PDI), biogebaseerde polyolen, enz. Biogebaseerde isocyanaten zijn relatief zeldzaam in de markt, terwijl biobased polyolen vaker voorkomen.
Op het gebied van biogebaseerde isocyanaten hebben BASF, Covestro en anderen al in 2000 veel moeite geïnvesteerd in PDI-onderzoek, en de eerste batch PDI-producten werd in 2015-2016 op de markt gebracht. Wanhua Chemical heeft 100% biogebaseerde TPU-producten ontwikkeld met behulp van biogebaseerde PDI gemaakt van maïsstover.
In termen van biogebaseerde polyolen omvat het biogebaseerde polytetrafluorethyleen (PTMEG), biogebaseerde 1,4-butaandiol (BDO), biogebaseerde 1,3-propaandiol (PDO), biogebaseerde polyesterpolyolen, biogebaseerde polyetherpolyolen, enz.
Momenteel hebben meerdere TPU-fabrikanten biogebaseerde TPU op de markt gebracht, waarvan de prestaties vergelijkbaar zijn met traditionele, op petrochemische basis gebaseerde TPU. Het belangrijkste verschil tussen deze biogebaseerde TPU's ligt in het niveau van de biogebaseerde inhoud, doorgaans variërend van 30% tot 40%, waarbij sommige zelfs hogere niveaus bereiken. Vergeleken met traditioneel op petrochemie gebaseerde TPU heeft biogebaseerde TPU voordelen zoals het verminderen van de koolstofuitstoot, duurzame regeneratie van grondstoffen, groene productie en het behoud van hulpbronnen. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical, enLinghua nieuwe materialenhebben hun biogebaseerde TPU-merken gelanceerd, en koolstofreductie en duurzaamheid zijn ook belangrijke richtingen voor de ontwikkeling van TPU in de toekomst.
Posttijd: 09-aug-2024