ТПУ — это термопластичный полиуретановый эластомер, представляющий собой многофазный блок-сополимер, состоящий из диизоцианатов, полиолов и удлинителей цепи. Как высокоэффективный эластомер, ТПУ имеет широкий спектр применения и широко используется в товарах повседневного спроса, спортивном оборудовании, игрушках, декоративных материалах и других областях, таких как обувные материалы, шланги, кабели, медицинские изделия и т. д.
В настоящее время основными производителями сырья для ТПУ являются BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical.Новые материалы Линхуаи так далее. Благодаря планированию и расширению производственных мощностей отечественных предприятий, индустрия ТПУ в настоящее время является высококонкурентной. Однако в высокотехнологичной области применения она по-прежнему зависит от импорта, и это также область, в которой Китаю необходимо добиться прорыва. Давайте поговорим о будущих рыночных перспективах продукции из ТПУ.
1. Сверхкритическое вспенивание E-TPU
В 2012 году Adidas и BASF совместно разработали бренд беговых кроссовок EnergyBoost, в которых в качестве материала для промежуточной подошвы используется вспененный ТПУ (торговая марка Infinergy). Благодаря использованию полиэфирного ТПУ с твердостью по Шору А 80-85 в качестве основы, по сравнению с промежуточными подошвами из ЭВА, вспененные ТПУ сохраняют хорошую эластичность и мягкость при температуре ниже 0 ℃, что повышает комфорт при ношении и получило широкое признание на рынке.
2. Модифицированный композитный материал из ТПУ, армированный волокнами.
Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает хорошей ударопрочностью, но в некоторых областях применения требуются высокий модуль упругости и очень твердые материалы. Модификация с помощью стекловолокна является распространенной технологией для повышения модуля упругости материалов. Благодаря модификации можно получить термопластичные композитные материалы со многими преимуществами, такими как высокий модуль упругости, хорошая изоляция, высокая термостойкость, хорошие характеристики упругого восстановления, хорошая коррозионная стойкость, ударопрочность, низкий коэффициент расширения и стабильность размеров.
Компания BASF представила в своем патенте технологию получения высокомодульного стекловолоконного армированного термопластичного полиуретана (ТПУ) с использованием коротких стекловолокон. ТПУ с твердостью по Шору D, равной 83, был синтезирован путем смешивания политетрафторэтиленгликоля (ПТМЭГ, Mn=1000), MDI и 1,4-бутандиола (БДО) с 1,3-пропандиолом в качестве исходных материалов. Этот ТПУ был компаундирован со стекловолокном в массовом соотношении 52:48 для получения композитного материала с модулем упругости 18,3 ГПа и пределом прочности на растяжение 244 МПа.
Помимо стекловолокна, имеются также сообщения об использовании композитного материала на основе углеродного волокна и ТПУ, например, композитной плиты Maezio от Covestro из углеродного волокна и ТПУ, которая имеет модуль упругости до 100 ГПа и меньшую плотность, чем металлы.
3. Безгалогенный огнестойкий ТПУ
Термопластичный полиуретан (ТПУ) обладает высокой прочностью, ударной вязкостью, превосходной износостойкостью и другими свойствами, что делает его очень подходящим материалом для оболочки проводов и кабелей. Однако в таких областях применения, как зарядные станции, требуется более высокая огнестойкость. Существует два основных способа повышения огнестойкости ТПУ. Первый — это реактивная модификация с добавлением антипиренов, которая включает введение в синтез ТПУ антипиренов, таких как полиолы или изоцианаты, содержащие фосфор, азот и другие элементы, посредством химической связи; второй — это аддитивная модификация с добавлением антипиренов, которая включает использование ТПУ в качестве подложки и добавление антипиренов в расплавленном состоянии.
Реактивная модификация может изменять структуру ТПУ, но при большом количестве добавки антипирена прочность ТПУ снижается, технологические свойства ухудшаются, а добавление небольшого количества не позволяет достичь требуемого уровня огнестойкости. В настоящее время на рынке нет высокоогнестойкого продукта, который действительно соответствовал бы требованиям применения в зарядных станциях.
Компания Bayer MaterialScience (ныне Kostron) однажды представила в патенте органический фосфорсодержащий полиол (IHPO) на основе оксида фосфина. Полиэфирный ТПУ, синтезированный из IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI и BDO, обладает превосходной огнестойкостью и механическими свойствами. Процесс экструзии проходит гладко, и поверхность изделия гладкая.
В настоящее время наиболее распространенным техническим методом получения безгалогенных огнестойких термопластичных полиуретанов (ТПУ) является добавление безгалогенных антипиренов. Как правило, в качестве антипиренов используются соединения на основе фосфора, азота, кремния, бора или гидроксиды металлов. Из-за присущей ТПУ воспламеняемости часто требуется добавление более 30% антипирена для образования стабильного огнестойкого слоя во время горения. Однако при большом количестве добавленного антипирена он неравномерно распределяется в подложке ТПУ, и механические свойства огнестойкого ТПУ не являются идеальными, что также ограничивает его применение и распространение в таких областях, как шланги, пленки и кабели.
В патенте BASF представлена технология огнестойкого ТПУ, в которой полифосфат меламина и фосфорсодержащее производное фосфиновой кислоты используются в качестве антипиренов с ТПУ со средневесовой молекулярной массой более 150 кДа. Было установлено, что огнестойкость значительно улучшается при одновременном достижении высокой прочности на разрыв.
Для дальнейшего повышения прочности материала на разрыв в патенте BASF представлен способ приготовления мастербатча сшивающего агента, содержащего изоцианаты. Добавление 2% такого мастербатча к композиции, соответствующей требованиям огнестойкости UL94V-0, может увеличить прочность материала на разрыв с 35 МПа до 40 МПа при сохранении огнестойкости V-0.
Для повышения термостойкости огнестойкого ТПУ был разработан патент.Компания «Линхуа Нью Материалс»Также представлен метод использования поверхностно покрытых гидроксидов металлов в качестве антипиренов. Для повышения гидролитической стойкости огнестойкого ТПУ,Компания «Линхуа Нью Материалс»В другой патентной заявке был представлен карбонат металла на основе добавления меламинового антипирена.
4. Полиуретановая пленка (ТПУ) для защиты автомобильной краски.
Защитная пленка для автомобильной краски — это защитное покрытие, которое после установки изолирует поверхность краски от воздуха, предотвращает воздействие кислотных дождей, окисление, царапины и обеспечивает длительную защиту лакокрасочного покрытия. Ее основная функция — защита лакокрасочного покрытия автомобиля после установки. Защитная пленка для краски обычно состоит из трех слоев: самовосстанавливающегося покрытия на поверхности, полимерной пленки посередине и акрилового самоклеящегося слоя снизу. ТПУ является одним из основных материалов для изготовления промежуточных полимерных пленок.
К эксплуатационным характеристикам ТПУ, используемого в защитной пленке для лакокрасочного покрытия, относятся: устойчивость к царапинам, высокая прозрачность (светопропускание >95%), гибкость при низких температурах, термостойкость, прочность на разрыв >50 МПа, удлинение >400%, твердость по Шору А в диапазоне 87-93; наиболее важной характеристикой является атмосферостойкость, включающая устойчивость к УФ-старению, термическому окислительному разложению и гидролизу.
В настоящее время хорошо зарекомендовавшими себя продуктами являются алифатические ТПУ, получаемые из дициклогексилдиизоцианата (H12MDI) и поликапролактондиола в качестве сырья. Обычный ароматический ТПУ заметно желтеет после одного дня УФ-облучения, в то время как алифатический ТПУ, используемый для автомобильной пленки, сохраняет свой коэффициент пожелтения без существенных изменений в тех же условиях.
Поли(ε-капролактон) ТПУ обладает более сбалансированными характеристиками по сравнению с полиэфирным и полиэфирным ТПУ. С одной стороны, он демонстрирует превосходную устойчивость к разрыву, характерную для обычного полиэфирного ТПУ, а с другой — отличается низкой остаточной деформацией при сжатии и высокой упругостью, характерными для полиэфирного ТПУ, что и обуславливает его широкое применение на рынке.
В связи с различными требованиями к экономической эффективности продукции после сегментации рынка, а также благодаря совершенствованию технологий нанесения поверхностных покрытий и возможности корректировки состава клея, в будущем также появится возможность применения полиэфира или обычного полиэстера H12MDI алифатического ТПУ в качестве защитных пленок для лакокрасочного покрытия.
5. Биооснованный ТПУ
Наиболее распространенный метод получения биоразлагаемого ТПУ заключается в введении биоразлагаемых мономеров или промежуточных продуктов в процессе полимеризации, таких как биоразлагаемые изоцианаты (например, MDI, PDI), биоразлагаемые полиолы и т. д. Среди них биоразлагаемые изоцианаты встречаются на рынке относительно редко, в то время как биоразлагаемые полиолы более распространены.
Что касается изоцианатов на биологической основе, то еще в 2000-х годах компании BASF, Covestro и другие вложили значительные усилия в исследования PDI, и первая партия продукции на основе PDI была выпущена на рынок в 2015-2016 годах. Компания Wanhua Chemical разработала 100% биоразлагаемые продукты на основе ТПУ с использованием биоразлагаемого PDI, полученного из кукурузной соломы.
Что касается биополиолов, то к ним относятся биополиэтилен на основе политетрафторэтилена (ПТМЭГ), биополиэтилен на основе 1,4-бутандиола (БДО), биополиэтилен на основе 1,3-пропандиола (ПДО), биополиэфирные полиолы на основе биополиэфиров, биополиэфирные полиолы на основе биополиэфиров и т. д.
В настоящее время многие производители ТПУ выпустили биоразлагаемые ТПУ, характеристики которых сопоставимы с традиционными ТПУ на основе нефтехимических продуктов. Основное различие между этими биоразлагаемыми ТПУ заключается в уровне содержания биокомпонентов, обычно составляющем от 30% до 40%, а в некоторых случаях даже более высоких показателях. По сравнению с традиционными ТПУ на основе нефтехимических продуктов, биоразлагаемые ТПУ обладают такими преимуществами, как снижение выбросов углекислого газа, устойчивое восстановление сырья, экологичное производство и сохранение ресурсов. К таким производителям относятся BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical и другие.Новые материалы ЛинхуаОни запустили свои бренды биоразлагаемого ТПУ, и сокращение выбросов углерода и устойчивое развитие также являются ключевыми направлениями развития ТПУ в будущем.
Дата публикации: 09.08.2024