O TPU é un elastómero termoplástico de poliuretano, que é un copolímero de bloque multifase composto de diisocianatos, poliois e extensores de cadea. Como elastómero de alto rendemento, o TPU ten unha ampla gama de direccións de produtos posteriores e úsase amplamente en artigos de primeira necesidade, equipamento deportivo, xoguetes, materiais decorativos e outros campos, como materiais para calzado, mangueiras, cables, dispositivos médicos, etc.
Na actualidade, os principais fabricantes de materias primas de TPU inclúen BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Novos materiais Linghua, etc. Co deseño e a expansión da capacidade das empresas nacionais, a industria do TPU é actualmente moi competitiva. Non obstante, no campo das aplicacións de gama alta, aínda depende das importacións, que tamén é unha área na que China necesita lograr avances. Falemos das perspectivas de mercado futuras dos produtos de TPU.
1. E-TPU de espuma supercrítica
En 2012, Adidas e BASF desenvolveron conxuntamente a marca de zapatillas para correr EnergyBoost, que emprega TPU espumado (nome comercial Infinergy) como material da entresola. Debido ao uso de TPU de poliéter cunha dureza Shore A de 80-85 como substrato, en comparación coas entresolas de EVA, as entresolas de TPU espumado aínda poden manter unha boa elasticidade e suavidade en ambientes por debaixo de 0 ℃, o que mellora a comodidade de uso e é amplamente recoñecido no mercado.
2. Material composto de TPU modificado reforzado con fibra
O TPU ten boa resistencia ao impacto, pero nalgunhas aplicacións requírese un módulo de elasticidade elevado e materiais moi duros. A modificación do reforzo con fibra de vidro é unha técnica común para aumentar o módulo de elasticidade dos materiais. Mediante a modificación, pódense obter materiais compostos termoplásticos con moitas vantaxes, como un módulo de elasticidade elevado, un bo illamento, unha forte resistencia á calor, un bo rendemento de recuperación elástica, unha boa resistencia á corrosión, unha resistencia ao impacto, un baixo coeficiente de expansión e estabilidade dimensional.
BASF introduciu na súa patente unha tecnoloxía para preparar TPU reforzado con fibra de vidro de alto módulo utilizando fibras curtas de vidro. Sintetizouse un TPU cunha dureza Shore D de 83 mesturando politetrafluoroetilenglicol (PTMEG, Mn=1000), MDI e 1,4-butanodiol (BDO) con 1,3-propanodiol como materias primas. Este TPU compúxose con fibra de vidro nunha proporción de masa de 52:48 para obter un material composto cun módulo elástico de 18,3 GPa e unha resistencia á tracción de 244 MPa.
Ademais da fibra de vidro, tamén hai informes de produtos que empregan TPU composto de fibra de carbono, como a placa composta de fibra de carbono/TPU Maezio de Covestro, que ten un módulo elástico de ata 100 GPa e unha densidade menor que a dos metais.
3. TPU ignífugo libre de halóxenos
O TPU ten alta resistencia, alta tenacidade, excelente resistencia ao desgaste e outras propiedades, o que o converte nun material de revestimento moi axeitado para fíos e cables. Pero en campos de aplicación como estacións de carga, requírese unha maior ignifugación. Xeralmente hai dúas formas de mellorar o rendemento ignífugo do TPU. Unha é a modificación ignífuga reactiva, que implica a introdución de materiais ignífugos como poliois ou isocianatos que conteñen fósforo, nitróxeno e outros elementos na síntese de TPU mediante enlaces químicos; a segunda é a modificación ignífuga aditiva, que implica o uso de TPU como substrato e a adición de ignífugos para a mestura en estado fundido.
A modificación reactiva pode cambiar a estrutura do TPU, pero cando a cantidade de retardante de chama aditivo é grande, a resistencia do TPU diminúe, o rendemento do procesamento deteriorase e engadir unha pequena cantidade non pode acadar o nivel de retardante de chama requirido. Actualmente, non hai ningún produto altamente retardante de chama dispoñible comercialmente que poida cumprir realmente a aplicación das estacións de carga.
A antiga Bayer MaterialScience (agora Kostron) presentou unha vez nunha patente un poliol orgánico que contiña fósforo (IHPO) baseado en óxido de fosfina. O poliéter TPU sintetizado a partir de IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI e BDO presenta excelentes propiedades ignífugas e mecánicas. O proceso de extrusión é liso e a superficie do produto é lisa.
Engadir retardantes de chama libres de halóxenos é actualmente a vía técnica máis empregada para preparar TPU retardante de chama libre de halóxenos. Xeralmente, os retardantes de chama a base de fósforo, nitróxeno, silicio ou boro compóñense ou utilízanse hidróxidos metálicos como retardantes de chama. Debido á inflamabilidade inherente do TPU, adoita requirirse unha cantidade de recheo de retardante de chama superior ao 30 % para formar unha capa retardante de chama estable durante a combustión. Non obstante, cando a cantidade de retardante de chama engadida é grande, o retardante de chama dispérsase de forma desigual no substrato de TPU e as propiedades mecánicas do TPU retardante de chama non son ideais, o que tamén limita a súa aplicación e promoción en campos como mangueiras, películas e cables.
A patente de BASF introduce unha tecnoloxía de TPU ignífugo, que mestura polifosfato de melamina e un derivado do ácido fosfínico que contén fósforo como ignífugos con TPU cun peso molecular medio superior a 150 kDa. Descubriuse que o rendemento ignífugo mellorou significativamente, ao tempo que se conseguiu unha alta resistencia á tracción.
Para mellorar aínda máis a resistencia á tracción do material, a patente de BASF introduce un método para preparar un masterbatch de axente reticulante que contén isocianatos. Engadir o 2 % deste tipo de masterbatch a unha composición que cumpre os requisitos de retardante de chama UL94V-0 pode aumentar a resistencia á tracción do material de 35 MPa a 40 MPa, mantendo ao mesmo tempo o rendemento retardante de chama V-0.
Para mellorar a resistencia ao envellecemento térmico do TPU ignífugo, a patente deEmpresa de novos materiais Linghuatamén introduce un método para empregar hidróxidos metálicos con revestimento superficial como retardantes de chama. Co fin de mellorar a resistencia á hidrólise do TPU ignífugo,Empresa de novos materiais Linghuaintroduciu o carbonato metálico baseándose na adición de retardante de chama de melamina noutra solicitude de patente.
4. TPU para película protectora de pintura de automóbiles
A película protectora para a pintura do coche é unha película protectora que illa a superficie da pintura do aire despois da instalación, evita a chuvia ácida, a oxidación, os arañazos e proporciona unha protección duradeira para a superficie da pintura. A súa función principal é protexer a superficie da pintura do coche despois da instalación. A película protectora para a pintura xeralmente consta de tres capas, cun revestimento autorreparador na superficie, unha película de polímero no medio e un adhesivo acrílico sensible á presión na capa inferior. O TPU é un dos principais materiais para a preparación de películas de polímero intermedias.
Os requisitos de rendemento para o TPU empregado na película de protección de pintura son os seguintes: resistencia aos arañazos, alta transparencia (transmitancia da luz > 95 %), flexibilidade a baixas temperaturas, resistencia a altas temperaturas, resistencia á tracción > 50 MPa, alongamento > 400 % e rango de dureza Shore A de 87-93; o rendemento máis importante é a resistencia ás inclemencias do tempo, que inclúe a resistencia ao envellecemento UV, á degradación oxidativa térmica e á hidrólise.
Os produtos actualmente maduros son TPU alifáticos preparados a partir de diisocianato de diciclohexilo (H12MDI) e policaprolactona diol como materias primas. O TPU aromático ordinario vólvese visiblemente amarelo despois dun día de irradiación UV, mentres que o TPU alifático utilizado para a película de envoltura de automóbiles pode manter o seu coeficiente de amareleamento sen cambios significativos nas mesmas condicións.
O TPU de poli(ε-caprolactona) ten un rendemento máis equilibrado en comparación co TPU de poliéter e poliéster. Por unha banda, pode amosar unha excelente resistencia ao desgarro do TPU de poliéster ordinario, mentres que, por outra banda, tamén demostra unha excelente baixa compresión, deformación permanente e alto rendemento de rebote do TPU de poliéter, polo que é amplamente utilizado no mercado.
Debido aos diferentes requisitos de rendibilidade do produto despois da segmentación do mercado, coa mellora da tecnoloxía de revestimento superficial e a capacidade de axuste da fórmula do adhesivo, tamén existe a posibilidade de que o poliéter ou o poliéster ordinario H12MDI TPU alifático se apliquen ás películas de protección de pintura no futuro.
5. TPU de base biolóxica
O método común para preparar TPU de base biolóxica é introducir monómeros ou intermediarios de base biolóxica durante o proceso de polimerización, como isocianatos de base biolóxica (como MDI, PDI), poliois de base biolóxica, etc. Entre eles, os isocianatos de base biolóxica son relativamente raros no mercado, mentres que os poliois de base biolóxica son máis comúns.
En canto aos isocianatos de base biolóxica, xa no ano 2000, BASF, Covestro e outras empresas investiron moito esforzo na investigación de PDI, e o primeiro lote de produtos PDI lanzouse ao mercado entre 2015 e 2016. Wanhua Chemical desenvolveu produtos de TPU 100 % de base biolóxica utilizando PDI de base biolóxica fabricado a partir de herbas do millo.
En termos de poliois de base biolóxica, inclúense o politetrafluoroetileno de base biolóxica (PTMEG), o 1,4-butanodiol de base biolóxica (BDO), o 1,3-propanodiol de base biolóxica (PDO), os poliois de poliéster de base biolóxica, os poliois de poliéter de base biolóxica, etc.
Na actualidade, varios fabricantes de TPU lanzaron TPU de base biolóxica, cuxo rendemento é comparable ao TPU petroquímico tradicional. A principal diferenza entre estes TPU de base biolóxica reside no nivel de contido de base biolóxica, que xeralmente oscila entre o 30 % e o 40 %, e algúns incluso alcanzan niveis máis altos. En comparación co TPU petroquímico tradicional, o TPU de base biolóxica ten vantaxes como a redución das emisións de carbono, a rexeneración sostible das materias primas, a produción ecolóxica e a conservación dos recursos. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical eNovos materiais Linghualanzaron as súas marcas de TPU de base biolóxica, e a redución de carbono e a sustentabilidade tamén son direccións clave para o desenvolvemento do TPU no futuro.
Data de publicación: 09-08-2024