TPU ir poliuretāna termoplastisks elastomērs, kas ir daudzfāžu blokkopolimērs, kas sastāv no diizocianātiem, polioliem un ķēdes pagarinātājiem. Kā augstas veiktspējas elastomērs, TPU ir plašs pakārtoto produktu virzienu klāsts un tiek plaši izmantots ikdienas vajadzībās, sporta aprīkojumā, rotaļlietās, dekoratīvos materiālos un citās jomās, piemēram, apavu materiālos, šļūtenēs, kabeļos, medicīnas ierīcēs utt.
Pašlaik galvenie TPU izejvielu ražotāji ir BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua jauni materiāli, un tā tālāk. Līdz ar vietējo uzņēmumu izkārtojumu un jaudu paplašināšanos TPU nozare pašlaik ir ļoti konkurētspējīga. Tomēr augstas klases lietojumprogrammu jomā tā joprojām ir atkarīga no importa, kas ir arī joma, kurā Ķīnai ir jāpanāk izrāviens. Parunāsim par TPU produktu nākotnes tirgus perspektīvām.
1. Superkritiski putojošs E-TPU
2012. gadā Adidas un BASF kopīgi izstrādāja skriešanas apavu zīmolu EnergyBoost, kurā kā starpzoles materiāls tiek izmantots putots TPU (tirdzniecības nosaukums infinergy). Pateicoties poliētera TPU ar Shore A cietību 80–85 kā substrātam, putotās TPU starpzoles joprojām var saglabāt labu elastību un maigumu vidē zem 0 ℃, kas uzlabo valkāšanas komfortu un ir plaši atzīts tirgū.
2. Ar šķiedru pastiprināts modificēts TPU kompozītmateriāls
TPU ir laba triecienizturība, taču dažos pielietojumos ir nepieciešams augsts elastības modulis un ļoti cieti materiāli. Stikla šķiedras stiegrojuma modifikācija ir plaši izmantota metode, lai palielinātu materiālu elastības moduli. Modificējot, var iegūt termoplastiskus kompozītmateriālus ar daudzām priekšrocībām, piemēram, augstu elastības moduli, labu izolāciju, spēcīgu karstumizturību, labu elastības atjaunošanās spēju, labu izturību pret koroziju, triecienizturību, zemu izplešanās koeficientu un izmēru stabilitāti.
BASF savā patentā ieviesa tehnoloģiju augsta moduļa ar stiklšķiedru pastiprināta TPU ražošanai, izmantojot īsās stikla šķiedras. TPU ar Šora D cietību 83 tika sintezēts, sajaucot politetrafluoretilēnglikolu (PTMEG, Mn=1000), MDI un 1,4-butāndiolu (BDO) ar 1,3-propāndiolu kā izejvielām. Šis TPU tika savienots ar stikla šķiedru masas attiecībā 52:48, iegūstot kompozītmateriālu ar elastības moduli 18,3 GPa un stiepes izturību 244 MPa.
Papildus stikla šķiedrai ir arī ziņojumi par produktiem, kuros izmantots oglekļa šķiedras kompozītmateriāls TPU, piemēram, Covestro Maezio oglekļa šķiedras/TPU kompozītmateriāla plāksne, kuras elastības modulis ir līdz 100 GPa un blīvums ir zemāks nekā metāliem.
3. Halogēnu nesaturošs liesmas slāpētājs TPU
TPU ir augsta izturība, augsta sīkstums, lieliska nodilumizturība un citas īpašības, padarot to par ļoti piemērotu apvalka materiālu vadiem un kabeļiem. Taču pielietojuma jomās, piemēram, uzlādes stacijās, ir nepieciešama augstāka liesmas slāpēšana. Parasti ir divi veidi, kā uzlabot TPU liesmas slāpēšanas veiktspēju. Viens ir reaktīvā liesmas slāpēšanas modifikācija, kas ietver liesmas slāpējošu materiālu, piemēram, poliolu vai izocianātu, kas satur fosforu, slāpekli un citus elementus, ievadīšanu TPU sintēzē, izmantojot ķīmisko saistīšanu; otrais ir aditīvā liesmas slāpēšanas modifikācija, kas ietver TPU izmantošanu kā substrātu un liesmas slāpētāju pievienošanu kausēšanas sajaukšanai.
Reaktīvā modifikācija var mainīt TPU struktūru, taču, ja piedevas liesmas slāpētāja daudzums ir liels, TPU izturība samazinās, apstrādes veiktspēja pasliktinās, un neliela daudzuma pievienošana nevar sasniegt nepieciešamo liesmas slāpēšanas līmeni. Pašlaik nav komerciāli pieejams produkts ar augstu liesmas slāpēšanas līmeni, kas patiesi atbilstu uzlādes staciju pielietojumam.
Bijušais Bayer MaterialScience (tagad Kostron) savulaik patentā ieviesa organisko fosforu saturošu poliolu (IHPO), kura pamatā ir fosfīna oksīds. No IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI un BDO sintezētais poliētera TPU uzrāda izcilas liesmas slāpēšanas un mehāniskās īpašības. Ekstrūzijas process ir gluds, un produkta virsma ir gluda.
Halogēnu nesaturošu liesmas slāpētāju pievienošana pašlaik ir visbiežāk izmantotais tehniskais veids halogēnu nesaturoša liesmas slāpētāja TPU pagatavošanai. Parasti kā liesmas slāpētājus sajauc uz fosfora, slāpekļa, silīcija un bora bāzes veidotus liesmas slāpētājus vai izmanto metālu hidroksīdus. TPU raksturīgās uzliesmojamības dēļ, lai degšanas laikā izveidotu stabilu liesmas slāpētāja slāni, bieži vien ir nepieciešams liesmas slāpētāja pildījuma daudzums, kas pārsniedz 30%. Tomēr, ja pievienotā liesmas slāpētāja daudzums ir liels, liesmas slāpētājs ir nevienmērīgi izkliedēts TPU substrātā, un liesmas slāpējošā TPU mehāniskās īpašības nav ideālas, kas arī ierobežo tā pielietojumu un reklamēšanu tādās jomās kā šļūtenes, plēves un kabeļi.
BASF patents iepazīstina ar liesmu slāpējošu TPU tehnoloģiju, kas apvieno melamīna polifosfātu un fosforu saturošu fosfīnskābes atvasinājumu kā liesmas slāpētājus ar TPU, kura vidējā molekulmasa ir lielāka par 150 kDa. Tika konstatēts, ka liesmas slāpēšanas veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies, vienlaikus sasniedzot augstu stiepes izturību.
Lai vēl vairāk uzlabotu materiāla stiepes izturību, BASF patentā ir ieviesta metode šķērssaistīšanas aģenta pamatmaisījuma pagatavošanai, kas satur izocianātus. Pievienojot 2% šāda veida pamatmaisījuma kompozīcijai, kas atbilst UL94V-0 liesmas slāpēšanas prasībām, var palielināt materiāla stiepes izturību no 35 MPa līdz 40 MPa, vienlaikus saglabājot V-0 liesmas slāpēšanas veiktspēju.
Lai uzlabotu liesmu slāpējoša TPU izturību pret karstumu un novecošanos, patentsLinghua jauno materiālu uzņēmumsievieš arī metodi, kā ar virsmu pārklātus metālu hidroksīdus izmantot kā liesmas slāpētājus. Lai uzlabotu liesmas slāpējoša TPU hidrolīzes izturību,Linghua jauno materiālu uzņēmumscitā patenta pieteikumā ieviesa metāla karbonātu, pamatojoties uz melamīna liesmas slāpētāja pievienošanu.
4. TPU automobiļu krāsas aizsargplēvei
Automašīnas krāsas aizsargplēve ir aizsargplēve, kas pēc uzstādīšanas izolē krāsas virsmu no gaisa, novērš skābo lietu, oksidēšanos, skrāpējumus un nodrošina ilgstošu krāsas virsmas aizsardzību. Tās galvenā funkcija ir aizsargāt automašīnas krāsas virsmu pēc uzstādīšanas. Krāsas aizsargplēve parasti sastāv no trim slāņiem: uz virsmas ir pašdziedējošs pārklājums, vidū ir polimēra plēve un apakšējā slānī ir akrila spiedienjutīga līme. TPU ir viens no galvenajiem materiāliem starpposma polimēru plēvju izgatavošanai.
Krāsas aizsargplēvē izmantotā TPU veiktspējas prasības ir šādas: izturība pret skrāpējumiem, augsta caurlaidība (gaismas caurlaidība > 95%), elastība zemā temperatūrā, izturība pret augstu temperatūru, stiepes izturība > 50 MPa, pagarinājums > 400% un Shore A cietības diapazons 87–93; Vissvarīgākā veiktspēja ir izturība pret laikapstākļiem, kas ietver izturību pret UV novecošanos, termisko oksidatīvo degradāciju un hidrolīzi.
Pašlaik nobriedušie produkti ir alifātiskais TPU, kas iegūts no dicikloheksildiizocianāta (H12MDI) un polikaprolaktona diola kā izejvielām. Parastais aromātiskais TPU redzami dzeltenē pēc vienas dienas UV apstarošanas, savukārt alifātiskais TPU, ko izmanto automašīnu aptinšanas plēvēm, var saglabāt savu dzeltēšanas koeficientu bez būtiskām izmaiņām tādos pašos apstākļos.
Poli(ε-kaprolaktona) TPU ir līdzsvarotāka veiktspēja salīdzinājumā ar poliētera un poliestera TPU. No vienas puses, tam piemīt lieliska parastā poliestera TPU izturība pret plīsumiem, bet, no otras puses, tam piemīt arī izcila zema saspiešanas pastāvīgā deformācija un augsta atsitiena veiktspēja, kas raksturīga poliētera TPU, tāpēc to plaši izmanto tirgū.
Sakarā ar atšķirīgām prasībām attiecībā uz produktu izmaksu efektivitāti pēc tirgus segmentācijas, uzlabojoties virsmas pārklājuma tehnoloģijai un līmes formulas pielāgošanas iespējām, nākotnē pastāv iespēja krāsas aizsargplēvēm uzklāt arī poliētera vai parastā poliestera H12MDI alifātisko TPU.
5. Biobāzes TPU
Izplatītākā bioloģiskas izcelsmes TPU pagatavošanas metode ir bioloģiskas izcelsmes monomēru vai starpproduktu, piemēram, bioloģiskas izcelsmes izocianātu (piemēram, MDI, PDI), bioloģiskas izcelsmes poliolu utt., ievadīšana polimerizācijas procesā. Starp tiem bioloģiskas izcelsmes izocianāti tirgū ir relatīvi reti sastopami, savukārt bioloģiskas izcelsmes polioli ir biežāk sastopami.
Runājot par bioloģiskas izcelsmes izocianātiem, jau 2000. gadā BASF, Covestro un citi ir ieguldījuši daudz pūļu PDI pētījumos, un pirmā PDI produktu partija tika laista tirgū 2015.–2016. gadā. Wanhua Chemical ir izstrādājis 100% bioloģiskas izcelsmes TPU produktus, izmantojot no kukurūzas sēklām iegūtu bioloģiskas izcelsmes PDI.
Runājot par bioloģiskās izcelsmes polioliem, tas ietver bioloģiskās izcelsmes politetrafluoretilēnu (PTMEG), bioloģiskās izcelsmes 1,4-butāndiolu (BDO), bioloģiskās izcelsmes 1,3-propāndiolu (PDO), bioloģiskās izcelsmes poliestera poliolus, bioloģiskās izcelsmes poliētera poliolus utt.
Pašlaik vairāki TPU ražotāji ir laiduši klajā uz bioloģiskas bāzes izgatavotu TPU, kura veiktspēja ir salīdzināma ar tradicionālo naftas ķīmijas TPU. Galvenā atšķirība starp šiem bioloģiskās bāzes TPU ir bioloģiskās bāzes satura līmenis, kas parasti svārstās no 30% līdz 40%, un daži sasniedz pat augstāku līmeni. Salīdzinot ar tradicionālo naftas ķīmijas TPU, bioloģiskās bāzes TPU ir tādas priekšrocības kā oglekļa emisiju samazināšana, izejvielu ilgtspējīga reģenerācija, zaļā ražošana un resursu saglabāšana. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical un...Linghua jauni materiāliir laiduši klajā savus uz bioloģiskas izcelsmes TPU zīmolus, un oglekļa emisiju samazināšana un ilgtspējība ir arī galvenie TPU attīstības virzieni nākotnē.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 9. augusts