ТПУ (термопластичный полиуретан) — это термопластичный полиуретановый эластомер, представляющий собой многофазный блок-сополимер, состоящий из диизоцианатов, полиолов и удлинителей цепей. Будучи высокоэффективным эластомером, ТПУ имеет широкий спектр применения в качестве конечного продукта и широко используется в производстве товаров повседневного спроса, спортивного инвентаря, игрушек, декоративных материалов и других областях, таких как обувные материалы, шланги, кабели, медицинские приборы и т. д.
В настоящее время основными производителями сырья для ТПУ являются BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Новые материалы Линхуаи так далее. Благодаря развитию и расширению мощностей отечественных предприятий, отрасль ТПУ в настоящее время является высококонкурентной. Однако в сфере высокотехнологичных применений она по-прежнему зависит от импорта, и в этой области Китаю также необходимо добиться прорыва. Давайте обсудим будущие рыночные перспективы продукции ТПУ.
1. Сверхкритическое вспенивание E-TPU
В 2012 году Adidas и BASF совместно разработали беговую обувь EnergyBoost, в которой в качестве материала промежуточной подошвы используется вспененный термополиуретан (торговое название Infinergy). Благодаря использованию в качестве основы полиэфирного термополиуретана с твёрдостью по Шору А 80–85, вспененный термополиуретан сохраняет хорошую эластичность и мягкость при температуре ниже 0 °C, в отличие от промежуточных подошв из ЭВА, что повышает комфорт при носке и получило широкое признание на рынке.
2. Армированный волокнами модифицированный композитный материал ТПУ
Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает хорошей ударопрочностью, но в некоторых случаях требуются материалы с высоким модулем упругости и высокой твёрдостью. Модификация армирования стекловолокном — распространённый метод повышения модуля упругости материалов. Благодаря модификации можно получить термопластичные композиционные материалы, обладающие многими преимуществами, такими как высокий модуль упругости, хорошая изоляция, высокая термостойкость, хорошее упругое восстановление, хорошая коррозионная стойкость, ударопрочность, низкий коэффициент расширения и размерная стабильность.
Компания BASF представила в своем патенте технологию получения высокомодульного термопластичного полиуретана (ТПУ), армированного стекловолокном, с использованием коротких стеклянных волокон. ТПУ с твердостью по Шору D 83 был синтезирован путем смешивания политетрафторэтиленгликоля (ПТМЭГ, Mn=1000), МДИ и 1,4-бутандиола (БДО) с 1,3-пропандиолом в качестве исходных материалов. Полученный ТПУ был компаундирован со стекловолокном в массовом соотношении 52:48 для получения композиционного материала с модулем упругости 18,3 ГПа и прочностью на разрыв 244 МПа.
Помимо стекловолокна, также имеются сообщения о продуктах с использованием композитного материала на основе углеродного волокна TPU, например, о композитной панели из углеродного волокна/TPU Maezio компании Covestro, которая имеет модуль упругости до 100 ГПа и более низкую плотность, чем металлы.
3. Безгалогенный огнестойкий ТПУ
TPU обладает высокой прочностью, ударной вязкостью, превосходной износостойкостью и другими свойствами, что делает его весьма подходящим материалом для оболочек проводов и кабелей. Однако в таких областях применения, как зарядные станции, требуется более высокая огнестойкость. Существует два основных способа повышения огнестойкости TPU. Один из них — реактивная модификация антипиренами, которая заключается в введении в синтез TPU антипиренов, таких как полиолы или изоцианаты, содержащие фосфор, азот и другие элементы, посредством химического связывания; второй — аддитивная модификация антипиренами, которая заключается в использовании TPU в качестве субстрата и добавлении антипиренов в расплав.
Реактивная модификация может изменить структуру ТПУ, но при большом количестве добавок антипирена снижается прочность ТПУ, ухудшаются эксплуатационные характеристики, а добавление небольшого количества не позволяет достичь необходимого уровня огнестойкости. В настоящее время на рынке нет продукта с высокой степенью огнестойкости, который бы полностью соответствовал требованиям зарядных станций.
Бывшая компания Bayer MaterialScience (ныне Kostron) запатентовала органический фосфорсодержащий полиол (IHPO) на основе оксида фосфина. Полиэфирный ТПУ, синтезированный из IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI и BDO, обладает превосходными огнестойкими и механическими свойствами. Процесс экструзии проходит гладко, а поверхность изделия получается гладкой.
Добавление безгалогеновых антипиренов в настоящее время является наиболее распространённым техническим способом получения безгалогеновых антипиренов ТПУ. Как правило, в качестве антипиренов используют антипирены на основе фосфора, азота, кремния и бора, а также гидроксиды металлов. В связи с присущей ТПУ горючестью для образования устойчивого огнезащитного слоя при горении часто требуется наполнение антипиреном более 30%. Однако при добавлении большого количества антипирена он неравномерно распределяется в подложке ТПУ, и механические свойства антипирена неидеальны, что также ограничивает его применение и продвижение в таких областях, как производство шлангов, плёнок и кабелей.
Патент BASF представляет технологию огнестойкого термопластичного полиуретана (ТПУ), в которой в качестве антипиренов используются меламинполифосфат и фосфорсодержащее производное фосфиновой кислоты с ТПУ со средневесовой молекулярной массой более 150 кДа. Было обнаружено, что огнестойкость значительно улучшилась, а прочность на разрыв достигла высокого уровня.
Для дальнейшего повышения прочности материала на разрыв, патент BASF предлагает способ приготовления суперконцентрата сшивающего агента, содержащего изоцианаты. Добавление 2% такого суперконцентрата в состав, соответствующий требованиям к огнестойкости UL94V-0, позволяет повысить прочность материала на разрыв с 35 до 40 МПа, сохраняя при этом огнестойкость V-0.
Для улучшения стойкости к тепловому старению огнестойкого ТПУ был выдан патентКомпания Linghua New MaterialsТакже представлен метод использования поверхностных гидроксидов металлов в качестве антипиренов. Для повышения стойкости к гидролизу огнестойкого ТПУ,Компания Linghua New Materialsв другой патентной заявке введен карбонат металла на основе добавления антипирена на основе меламина.
4. ТПУ для защиты лакокрасочного покрытия автомобиля
Защитная пленка для лакокрасочного покрытия автомобиля – это защитная пленка, которая изолирует лакокрасочное покрытие от воздуха после нанесения, предотвращает воздействие кислотных дождей, окисление, царапины и обеспечивает длительную защиту лакокрасочного покрытия. Её основная функция – защита лакокрасочного покрытия автомобиля после нанесения. Защитная пленка обычно состоит из трёх слоёв: самовосстанавливающегося покрытия на поверхности, полимерной плёнки в середине и акрилового клея, чувствительного к давлению, на нижнем слое. ТПУ (термопластичный полиуретан) – один из основных материалов для изготовления промежуточных полимерных плёнок.
Требования к эксплуатационным характеристикам ТПУ, используемого в пленке для защиты лакокрасочных покрытий, следующие: стойкость к царапинам, высокая прозрачность (светопропускание >95%), гибкость при низких температурах, стойкость к высоким температурам, прочность на разрыв >50 МПа, удлинение >400% и твердость по Шору А в диапазоне 87–93. Наиболее важной характеристикой является стойкость к атмосферным воздействиям, которая включает стойкость к УФ-старению, термоокислительной деградации и гидролизу.
В настоящее время зрелыми продуктами являются алифатические ТПУ, получаемые из дициклогексилдиизоцианата (H12MDI) и поликапролактондиола в качестве сырья. Обычный ароматический ТПУ заметно желтеет после одного дня воздействия УФ-излучения, в то время как алифатический ТПУ, используемый для производства автомобильной плёнки, может сохранять свой коэффициент пожелтения без существенных изменений в тех же условиях.
Поли(ε-капролактон) ТПУ обладает более сбалансированными характеристиками по сравнению с полиэфирными и полиэфирными ТПУ. С одной стороны, он обладает превосходной прочностью на разрыв, характерной для обычного полиэфирного ТПУ, а с другой стороны, демонстрирует превосходную низкую остаточную деформацию при сжатии и высокую упругость, характерную для полиэфирного ТПУ, что делает его широко используемым на рынке.
В связи с различными требованиями к экономической эффективности продукции после сегментации рынка, совершенствованием технологии покрытия поверхностей и возможностью корректировки формулы клея, в будущем для защитных пленок ЛКП также может быть использован полиэфирный или обычный полиэфирный алифатический ТПУ H12MDI.
5. Био-ТПУ
Распространенным методом получения ТПУ на биологической основе является введение в процесс полимеризации биомономеров или промежуточных продуктов, таких как изоцианаты на биологической основе (например, МДИ, ПДИ), полиолы на биологической основе и т. д. Среди них изоцианаты на биологической основе относительно редки на рынке, в то время как полиолы на биологической основе более распространены.
Что касается биоизоцианатов, ещё в 2000 году компании BASF, Covestro и другие вложили значительные усилия в исследования полидиизоцианатов (ПДИ), и первая партия ПДИ-продуктов была выпущена на рынок в 2015–2016 годах. Компания Wanhua Chemical разработала полностью биосодержащие термопластичные полиуретановые (ТПУ) продукты, используя биополидиизоцианат (ПДИ), полученный из кукурузной соломы.
Что касается полиолов на биологической основе, сюда входят политетрафторэтилен на биологической основе (ПТМЭГ), 1,4-бутандиол на биологической основе (БДО), 1,3-пропандиол на биологической основе (ПДО), полиэфирполиолы на биологической основе, полиэфирполиолы на биологической основе и т. д.
В настоящее время ряд производителей термопластичных полиуретанов (ТПУ) выпустили биополимеры (ТПУ), эксплуатационные характеристики которых сопоставимы с показателями традиционных ТПУ на основе нефтехимических продуктов. Основное отличие между этими биополимерами заключается в уровне содержания биоматериалов, который обычно составляет от 30% до 40%, а в некоторых случаях даже выше. По сравнению с традиционными ТПУ на основе нефтехимических продуктов, биополимеры обладают такими преимуществами, как снижение выбросов углерода, устойчивая регенерация сырья, экологичность производства и ресурсосбережение. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical иНовые материалы Линхуазапустили свои бренды ТПУ на биологической основе, а сокращение выбросов углерода и устойчивое развитие также являются ключевыми направлениями развития ТПУ в будущем.
Время публикации: 09 августа 2024 г.