TPU is een polyurethaan thermoplastisch elastomeer, een meerfasig blokcopolymeer bestaande uit diisocyanaten, polyolen en ketenverlengers. Als hoogwaardig elastomeer heeft TPU een breed scala aan toepassingen en wordt het veelvuldig gebruikt in dagelijkse benodigdheden, sportartikelen, speelgoed, decoratieve materialen en andere sectoren, zoals schoenmaterialen, slangen, kabels, medische apparaten, enzovoort.
Momenteel behoren BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman en Wanhua Chemical tot de belangrijkste fabrikanten van TPU-grondstoffen.Linghua nieuwe materialenenzovoort. Door de uitbreiding van de bedrijfsstructuur en capaciteit van binnenlandse bedrijven is de TPU-industrie momenteel zeer concurrerend. In het hoogwaardige toepassingsgebied is de industrie echter nog steeds afhankelijk van import, en ook op dit gebied moet China een doorbraak bereiken. Laten we het hebben over de toekomstige marktvooruitzichten voor TPU-producten.
1. Superkritisch schuimvormend E-TPU
In 2012 ontwikkelden Adidas en BASF gezamenlijk het hardloopschoenmerk EnergyBoost, dat gebruikmaakt van geschuimd TPU (handelsnaam Infinergy) als tussenzoolmateriaal. Door het gebruik van polyether-TPU met een Shore A-hardheid van 80-85 als basis, behouden geschuimde TPU-tussenzolen, in vergelijking met EVA-tussenzolen, een goede elasticiteit en zachtheid bij temperaturen onder 0 ℃. Dit verbetert het draagcomfort en wordt breed erkend in de markt.
2. Vezelversterkt gemodificeerd TPU-composietmateriaal
TPU heeft een goede slagvastheid, maar in sommige toepassingen zijn materialen met een hoge elasticiteitsmodulus en een hoge hardheid vereist. Modificatie met glasvezelversterking is een veelgebruikte techniek om de elasticiteitsmodulus van materialen te verhogen. Door modificatie kunnen thermoplastische composietmaterialen met vele voordelen worden verkregen, zoals een hoge elasticiteitsmodulus, goede isolatie, sterke hittebestendigheid, goed elastisch herstelvermogen, goede corrosiebestendigheid, slagvastheid, een lage uitzettingscoëfficiënt en dimensionale stabiliteit.
BASF heeft in een patent een technologie geïntroduceerd voor de bereiding van met glasvezel versterkt TPU met een hoge modulus, gebruikmakend 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. Deze TPU werd vervolgens in een massaverhouding van 52:48 met glasvezels gecombineerd om een composietmateriaal te verkrijgen met een elasticiteitsmodulus van 18,3 GPa en een treksterkte van 244 MPa.
Naast glasvezel zijn er ook berichten over producten die gebruikmaken van koolstofvezelcomposiet TPU, zoals de Maezio koolstofvezel/TPU-composietplaat van Covestro, die een elasticiteitsmodulus heeft van maximaal 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. In toepassingsgebieden zoals laadstations is echter een hogere brandvertragende werking vereist. Er zijn over het algemeen twee manieren om de brandvertragende eigenschappen van TPU te verbeteren. De eerste is reactieve brandvertragende modificatie, waarbij brandvertragende materialen zoals polyolen of isocyanaten die fosfor, stikstof en andere elementen bevatten, via chemische binding in de TPU-synthese worden geïntroduceerd. De tweede is additieve brandvertragende modificatie, waarbij TPU als substraat wordt gebruikt en brandvertragers worden toegevoegd door middel van smeltmenging.
Reactieve modificatie kan de structuur van TPU veranderen, maar bij een grote hoeveelheid vlamvertragend additief neemt de sterkte van TPU af, verslechtert de verwerkingsprestatie en is het met een kleine hoeveelheid toevoeging niet mogelijk om het vereiste vlamvertragende niveau te bereiken. Momenteel is er geen commercieel verkrijgbaar product met een hoge vlamvertragende waarde dat daadwerkelijk geschikt is voor de toepassing in laadstations.
Het voormalige Bayer MaterialScience (nu Kostron) introduceerde ooit in een patent een organisch fosforhoudend polyol (IHPO) op basis van fosfineoxide. De polyether-TPU, gesynthetiseerd uit IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI en BDO, vertoont uitstekende vlamvertragende en mechanische eigenschappen. Het extrusieproces verloopt soepel en het oppervlak van het product is glad.
Het toevoegen van halogeenvrije vlamvertragers is momenteel de meest gebruikte technische methode voor de bereiding van halogeenvrij vlamvertragend TPU. Over het algemeen worden vlamvertragers op basis van fosfor, stikstof, silicium of boor gebruikt, of metaalhydroxiden. Vanwege de inherente ontvlambaarheid van TPU is vaak een vulgraad van meer dan 30% vlamvertrager nodig om een stabiele vlamvertragende laag te vormen tijdens verbranding. Bij een grote hoeveelheid toegevoegde vlamvertrager is deze echter ongelijkmatig verdeeld in het TPU-substraat en zijn de mechanische eigenschappen van het vlamvertragende TPU niet optimaal. Dit beperkt de toepassingsmogelijkheden in sectoren zoals slangen, folies en kabels.
Het patent van BASF introduceert een vlamvertragende TPU-technologie, waarbij melaminepolyfosfaat en een fosforhoudend derivaat van fosfinzuur als vlamvertragers worden gemengd met TPU met een gewichtsgemiddeld moleculair gewicht van meer dan 150 kDa. Het bleek dat de vlamvertragende eigenschappen aanzienlijk verbeterd werden, terwijl tegelijkertijd een hoge treksterkte werd bereikt.
Om de treksterkte van het materiaal verder te verbeteren, 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 brandvertragende eisen, kan de treksterkte van het materiaal worden verhoogd van 35 MPa naar 40 MPa, terwijl de V-0 brandvertragende eigenschappen behouden blijven.
Om de hittebestendigheid van vlamvertragend TPU te verbeteren, is het patent vanLinghua Nieuwe Materialenbedrijfintroduceert ook een methode voor het gebruik van oppervlaktegecoate metaalhydroxiden als vlamvertragers. Om de hydrolysebestendigheid van vlamvertragend TPU te verbeteren,Linghua Nieuwe MaterialenbedrijfIn een andere octrooiaanvraag werd metaalcarbonaat geïntroduceerd op basis van de toevoeging van melamine als vlamvertrager.
4. TPU voor autolakbeschermingsfolie
Autolakbeschermingsfolie is een beschermlaag die na installatie het lakoppervlak isoleert van de lucht, zure regen, oxidatie en krassen voorkomt en de lak langdurig beschermt. De belangrijkste functie is het beschermen van de autolak na installatie. De lakbeschermingsfolie bestaat over het algemeen uit drie lagen: een zelfherstellende coating aan de oppervlakte, een polymeerlaag in het midden en een acryl drukgevoelige kleeflaag aan de onderkant. TPU is een van de belangrijkste materialen voor de productie van deze tussenlaag.
De prestatie-eisen voor TPU dat wordt gebruikt in lakbeschermingsfolie zijn als volgt: krasbestendigheid, hoge transparantie (lichtdoorlatendheid > 95%), flexibiliteit bij lage temperaturen, hoge temperatuurbestendigheid, treksterkte > 50 MPa, rek > 400% en een Shore A-hardheid van 87-93. De belangrijkste prestatie-eis is weerbestendigheid, waaronder weerstand tegen UV-veroudering, thermische oxidatie en hydrolyse.
De momenteel gangbare producten zijn alifatische TPU, bereid uit dicyclohexyldiisocyanaat (H12MDI) en polycaprolactondiol als grondstoffen. Gewone aromatische TPU wordt na één dag blootstelling aan UV-licht zichtbaar geel, terwijl alifatische TPU, gebruikt voor carwrapfolie, onder dezelfde omstandigheden zijn vergelingscoëfficiënt behoudt zonder significante veranderingen.
Poly(ε-caprolacton) TPU heeft een evenwichtiger prestatieprofiel vergeleken met polyether- en polyester-TPU. Enerzijds vertoont het de uitstekende scheurweerstand van gewone polyester-TPU, anderzijds heeft het ook de uitstekende lage permanente vervorming bij compressie en de hoge terugvering van polyether-TPU, waardoor het veelvuldig op de markt wordt gebruikt.
Door de verschillende eisen aan de kosteneffectiviteit van producten na marktsegmentatie, en met de verbetering van de oppervlaktecoatingtechnologie en de mogelijkheid om de kleefformule aan te passen, bestaat er ook een kans dat polyether of gewoon polyester H12MDI alifatisch TPU in de toekomst gebruikt zal worden voor lakbeschermingsfolies.
5. Biobased TPU
De gebruikelijke methode voor de bereiding van biobased TPU is het toevoegen van biobased monomeren of tussenproducten tijdens het polymerisatieproces, zoals biobased isocyanaten (bijvoorbeeld MDI, PDI), biobased polyolen, enzovoort. Biobased isocyanaten zijn relatief zeldzaam op de markt, terwijl biobased polyolen vaker voorkomen.
Wat betreft biobased isocyanaten hebben BASF, Covestro en anderen al in 2000 veel onderzoek gedaan naar PDI, en de eerste PDI-producten werden in 2015-2016 op de markt gebracht. Wanhua Chemical heeft 100% biobased TPU-producten ontwikkeld met behulp van biobased PDI gemaakt van maïsresten.
Wat betreft biobased polyolen, omvat dit biobased polytetrafluorethyleen (PTMEG), biobased 1,4-butaandiol (BDO), biobased 1,3-propaandiol (PDO), biobased polyesterpolyolen, biobased polyetherpolyolen, enzovoort.
Momenteel hebben meerdere TPU-fabrikanten biobased TPU op de markt gebracht, waarvan de prestaties vergelijkbaar zijn met die van traditionele, op aardolie gebaseerde TPU. Het belangrijkste verschil tussen deze biobased TPU's zit hem in het biobased gehalte, dat over het algemeen varieert van 30% tot 40%, waarbij sommige fabrikanten zelfs nog hogere percentages bereiken. Vergeleken met traditionele, op aardolie gebaseerde TPU heeft biobased TPU voordelen zoals een lagere CO2-uitstoot, duurzame regeneratie van grondstoffen, groene productie en behoud van natuurlijke hulpbronnen. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical enLinghua nieuwe materialenhebben hun biobased TPU-merken gelanceerd, en koolstofreductie en duurzaamheid zijn ook belangrijke richtingen voor de toekomstige ontwikkeling van TPU.
Geplaatst op: 9 augustus 2024