TPU ir poliuretāna termoplastisks elastomērs, kas ir daudzfāzu bloku kopolimērs, kas sastāv no diizocianātiem, polioliem un ķēdes pagarinātājiem. TPU kā augstas veiktspējas elastomēram ir plašs pakārtoto produktu virzienu klāsts, un to plaši izmanto ikdienas vajadzībām, sporta aprīkojumā, rotaļlietās, dekoratīvos materiālos un citās jomās, piemēram, apavu materiālos, šļūtenēs, kabeļos, medicīnas ierīcēs utt.
Pašlaik galvenie TPU izejmateriālu ražotāji ir BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua jauni materiāli, un tā tālāk. Līdz ar vietējo uzņēmumu izkārtojumu un jaudas paplašināšanos TPU nozare pašlaik ir ļoti konkurētspējīga. Tomēr augstākās klases lietojumu jomā tas joprojām ir atkarīgs no importa, kas arī ir joma, kurā Ķīnai ir jāpanāk sasniegumi. Parunāsim par TPU produktu nākotnes tirgus izredzēm.
1. Virskritiski 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). Tā kā kā substrāts tiek izmantots poliētera TPU ar Shore A cietību 80-85, salīdzinot ar EVA starpzolēm, putuplasta TPU starpzoles joprojām var saglabāt labu elastību un maigumu vidē, kas zemāka par 0 ℃, kas uzlabo valkāšanas komfortu un ir plaši atzīta tirgus.
2. Ar šķiedru pastiprināts modificēts TPU kompozītmateriāls
TPU ir laba triecienizturība, taču dažos gadījumos ir nepieciešams augsts elastības modulis un ļoti cieti materiāli. Stikla šķiedras stiegrojuma modifikācija ir plaši izmantota tehnika, lai palielinātu materiālu elastības moduli. Veicot modifikācijas, var iegūt termoplastiskus kompozītmateriālus ar daudzām priekšrocībām, piemēram, augstu elastības moduli, labu izolāciju, spēcīgu karstumizturību, labu elastības atgūšanas veiktspēju, labu izturību pret koroziju, triecienizturību, zemu izplešanās koeficientu un izmēru stabilitāti.
Uzņēmums BASF savā patentā ir ieviesis tehnoloģiju augstas moduļa stiklšķiedras pastiprinātas TPU sagatavošanai, izmantojot stikla īsās šķiedras. TPU ar Shore D cietību 83 tika sintezēts, sajaucot politetrafluoretilēnglikolu (PTMEG, Mn = 1000), MDI un 1,4-butāndiolu (BDO) ar 1,3-propāndiolu kā izejvielu. Šis TPU tika savienots ar stikla šķiedru masas attiecībā 52:48, lai iegūtu kompozītmateriālu ar elastības moduli 18, 3 GPa un stiepes izturību 244 MPa.
Papildus stikla šķiedrai ir arī ziņojumi par produktiem, kuros izmanto oglekļa šķiedras kompozītmateriālu TPU, piemēram, Covestro Maezio oglekļa šķiedras/TPU kompozītmateriālu plāksni, kuras elastības modulis ir līdz 100 GPa un mazāks blīvums nekā metāliem.
3. Halogēnu nesaturošs liesmu slāpējošs TPU
TPU ir augsta izturība, augsta stingrība, lieliska nodilumizturība un citas īpašības, kas padara to par ļoti piemērotu apvalka materiālu vadiem un kabeļiem. Taču lietojuma jomās, piemēram, uzlādes stacijās, ir nepieciešams lielāks liesmas slāpētājs. Parasti ir divi veidi, kā uzlabot TPU liesmas slāpēšanas darbību. Viena no tām ir reaktīvā liesmas slāpētāja modifikācija, kas ietver liesmu slāpējošu materiālu, piemēram, poliolu vai izocianātu, kas satur fosforu, slāpekli un citus elementus, ievadīšanu TPU sintēzē, izmantojot ķīmisko saiti; Otrais ir piedevas liesmas slāpētāja modifikācija, kas ietver TPU izmantošanu kā substrātu un liesmas slāpētāju pievienošanu kausējuma sajaukšanai.
Reaktīvā modifikācija var mainīt TPU struktūru, bet, ja piedevas liesmas slāpētāja daudzums ir liels, TPU stiprums samazinās, apstrādes veiktspēja pasliktinās, un, pievienojot nelielu daudzumu, nevar sasniegt nepieciešamo liesmas slāpētāja līmeni. Pašlaik nav komerciāli pieejama augsta liesmas slāpētāja produkta, kas patiešām atbilstu uzlādes staciju lietojumam.
Bijušais Bayer MaterialScience (tagad Kostron) reiz patentā ieviesa organisko fosforu saturošu poliolu (IHPO), kura pamatā ir fosfīna oksīds. Poliētera TPU, kas sintezēts no IHPO, PTMEG-1000, 4,4 '-MDI un BDO, ir lieliskas liesmas slāpēšanas un mehāniskās īpašības. Ekstrūzijas process ir gluds, un izstrādājuma virsma ir gluda.
Halogēnus nesaturošu liesmu slāpētāju pievienošana pašlaik ir visbiežāk izmantotais tehniskais veids, lai sagatavotu halogēnus nesaturošu liesmu slāpējošu TPU. Parasti tiek sajaukti liesmas slāpētāji uz fosfora, slāpekļa bāzes, silīcija bāzes, bora bāzes vai metālu hidroksīdi tiek izmantoti kā liesmas slāpētāji. Sakarā ar TPU raksturīgo uzliesmojamību, lai degšanas laikā izveidotu stabilu liesmu slāpējošu slāni, bieži ir nepieciešams vairāk nekā 30% liesmu slāpējošā pildījuma daudzums. Tomēr, ja pievienotā liesmas slāpētāja daudzums ir liels, liesmas slāpētāja TPU substrātā ir nevienmērīgi izkliedēta, un liesmas slāpētāja TPU mehāniskās īpašības nav ideālas, kas arī ierobežo tā pielietojumu un veicināšanu tādās jomās kā šļūtenes, plēves. un kabeļi.
BASF patents ievieš liesmu slāpējošu TPU tehnoloģiju, kas sajauc melamīna polifosfātu un fosforu saturošu fosfīnskābes atvasinājumu kā liesmas slāpētājus ar TPU ar vidējo molekulmasu, kas lielāka par 150 kDa. Tika konstatēts, ka liesmas slāpētāja veiktspēja tika ievērojami uzlabota, vienlaikus panākot augstu stiepes izturību.
Lai vēl vairāk uzlabotu materiāla stiepes izturību, BASF patents ievieš metodi šķērssaistīšanas aģenta pamatsavienojuma sagatavošanai, kas satur izocianātus. Pievienojot 2% šāda veida galvenā maisījuma sastāvam, kas atbilst UL94V-0 liesmas slāpētāja prasībām, materiāla stiepes izturība var palielināties no 35 MPa līdz 40 MPa, vienlaikus saglabājot V-0 liesmas slāpētāja veiktspēju.
Lai uzlabotu liesmas slāpētāja TPU izturību pret karstumu, novecošanās, patentsLinghua jauno materiālu uzņēmumsievieš arī metodi, kā izmantot metālu hidroksīdus ar virsmas pārklājumu kā liesmas slāpētājus. Lai uzlabotu liesmu slāpējošā TPU hidrolīzes pretestību,Linghua jauno materiālu uzņēmumsieviesa metāla karbonātu, pamatojoties uz melamīna liesmas slāpētāja pievienošanu citā patenta pieteikumā.
4. TPU automobiļu krāsas aizsargplēvei
Auto krāsas aizsargplēve ir aizsargplēve, kas pēc ieklāšanas izolē krāsas virsmu no gaisa, novērš skābo lietu rašanos, oksidēšanos, skrāpējumus, kā arī nodrošina ilgstošu krāsas virsmas aizsardzību. Tās galvenā funkcija ir aizsargāt automašīnas krāsas virsmu pēc uzstādīšanas. Krāsas aizsargplēve parasti sastāv no trim slāņiem, ar pašdziedinošu pārklājumu uz virsmas, polimēra plēvi vidū un akrila spiedienjutīgu līmi uz apakšējā slāņa. TPU ir viens no galvenajiem materiāliem starpposma polimēru plēvju sagatavošanai.
Krāsu aizsargplēvē izmantotā TPU veiktspējas prasības ir šādas: izturība pret skrāpējumiem, augsta caurspīdīgums (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 noārdīšanos un hidrolīzi.
Pašlaik nobriedušie produkti ir alifātiskais TPU, kas izgatavots no dicikloheksildiizocianāta (H12MDI) un polikaprolaktona diola kā izejvielām. Parastais aromātiskais TPU pēc vienas dienas ilgas UV starojuma kļūst redzami dzeltens, savukārt alifātiskais TPU, ko izmanto automašīnu aptinuma plēvei, tādos pašos apstākļos var saglabāt savu dzeltēšanas koeficientu bez būtiskām izmaiņām.
Poli (ε – caprolactone) TPU ir līdzsvarotāks sniegums salīdzinājumā ar poliētera un poliestera TPU. No vienas puses, tam var būt lieliska parastā poliestera TPU izturība pret plīsumiem, bet, no otras puses, tas demonstrē arī izcilu zemu kompresijas pastāvīgo deformāciju un augstu poliētera TPU atsitiena veiktspēju, tādējādi to plaši izmanto tirgū.
Sakarā ar atšķirīgām prasībām attiecībā uz produktu rentabilitāti pēc tirgus segmentācijas, uzlabojot virsmas pārklājuma tehnoloģiju un līmes formulas pielāgošanas spēju, pastāv arī iespēja, ka poliētera vai parastā poliestera H12MDI alifātiskā TPU nākotnē tiks uzklāta uz krāsas aizsargplēvēm.
5. Biobāzēts TPU
Izplatīta metode bioloģiski ražotu TPU pagatavošanai ir bioloģisku monomēru vai starpproduktu ievadīšana polimerizācijas procesā, piemēram, izocianātus uz bioloģiskas bāzes (piemēram, MDI, PDI), bioloģiski ražotus poliolus utt. Tostarp bioizocianāti ir salīdzinoši reti sastopami. tirgū, savukārt biopolioli ir biežāk sastopami.
Runājot par bio izocianātiem, jau 2000. gadā BASF, Covestro un citi ir ieguldījuši daudz pūļu PDI izpētē, un pirmā PDI produktu partija tika laista tirgū 2015.–2016. gadā. Wanhua Chemical ir izstrādājis 100% bioloģiskos TPU produktus, izmantojot bioloģiski bāzētu PDI, kas izgatavots no kukurūzas plīts.
Attiecībā uz bioloģiskiem polioliem tas ietver bioloģisku politetrafluoretilēnu (PTMEG), bioloģisko 1,4-butāndiolu (BDO), bioloģisko 1,3-propāndiolu (ACVN), bioloģisko poliesteru poliolus, bioloģiskos poliētera poliolus utt.
Pašlaik vairāki TPU ražotāji ir laiduši klajā bioloģiski bāzētu TPU, kura veiktspēja ir salīdzināma ar tradicionālo naftas ķīmijas TPU. Galvenā atšķirība starp šiem bioloģiskajiem TPU ir bioloģiska satura līmenī, kas parasti svārstās no 30% līdz 40%, un daži pat sasniedz augstāku līmeni. Salīdzinājumā ar tradicionālo naftas ķīmijas TPU, bioloģiski ražotam TPU ir tādas priekšrocības kā oglekļa emisiju samazināšana, ilgtspējīga izejvielu reģenerācija, zaļā ražošana un resursu saglabāšana. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical unLinghua jauni materiāliir laiduši klajā savus bioloģiskos TPU zīmolus, un oglekļa samazināšana un ilgtspējība ir arī galvenie virzieni TPU attīstībai nākotnē.
Publicēšanas laiks: 09.09.2024