دستورالعمل های کلیدی برای توسعه آینده TPU

TPU یک الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان است که یک کوپلیمر بلوک چند فازی است که از دی ایزوسیانات ها، پلی ال ها و گسترش دهنده های زنجیره ای تشکیل شده است. به عنوان یک الاستومر با کارایی بالا، TPU دارای طیف گسترده ای از جهت های محصول پایین دستی است و به طور گسترده در نیازهای روزمره، تجهیزات ورزشی، اسباب بازی ها، مواد تزئینی و زمینه های دیگر مانند مواد کفش، شیلنگ ها، کابل ها، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود.

در حال حاضر، تولید کنندگان اصلی مواد خام TPU شامل BASF، Covestro، Lubrizol، Huntsman، Wanhua Chemical،مواد جدید لینگهوا، و غیره. با طرح و گسترش ظرفیت شرکت های داخلی، صنعت TPU در حال حاضر بسیار رقابتی است. با این حال، در زمینه کاربردهای پیشرفته، همچنان به واردات متکی است، که همچنین حوزه ای است که چین برای دستیابی به پیشرفت در آن به آن نیاز دارد. بیایید در مورد چشم انداز بازار آینده محصولات TPU صحبت کنیم.

1. فوم فوق بحرانی E-TPU

در سال 2012، آدیداس و BASF به طور مشترک نام تجاری کفش دویدن EnergyBoost را توسعه دادند که از TPU فوم شده (نام تجاری infinergy) به عنوان ماده میانی زیره استفاده می کند. به دلیل استفاده از TPU پلی اتر با سختی Shore A 80-85 به عنوان زیرلایه، در مقایسه با کفی های میانی EVA، کفه های میانی TPU فوم دار همچنان می توانند انعطاف پذیری و نرمی خوبی را در محیط های زیر 0 ℃ حفظ کنند، که راحتی پوشیدن را بهبود می بخشد و به طور گسترده ای در آن شناخته شده است. بازار
2. مواد کامپوزیت TPU اصلاح شده با فیبر تقویت شده

TPU مقاومت خوبی در برابر ضربه دارد، اما در برخی از کاربردها، مدول الاستیک بالا و مواد بسیار سخت مورد نیاز است. اصلاح الیاف شیشه یک تکنیک رایج برای افزایش مدول الاستیک مواد است. از طریق اصلاح، مواد کامپوزیت گرمانرم با مزایای بسیاری مانند مدول الاستیک بالا، عایق خوب، مقاومت در برابر حرارت قوی، عملکرد بازیابی الاستیک خوب، مقاومت در برابر خوردگی خوب، مقاومت در برابر ضربه، ضریب انبساط کم و پایداری ابعادی را می توان به دست آورد.

BASF در حق ثبت اختراع خود یک فناوری برای تهیه TPU تقویت شده با فایبرگلاس با مدول بالا با استفاده از الیاف کوتاه شیشه ای معرفی کرده است. یک TPU با سختی Shore D 83 با اختلاط پلی تترا فلوئورواتیلن گلیکول (PTMEG، Mn=1000)، MDI، و 1،4-بوتاندیول (BDO) با 1،3-پروپاندیول به عنوان مواد خام سنتز شد. این TPU با الیاف شیشه در نسبت جرمی 52:48 ترکیب شد تا یک ماده مرکب با مدول الاستیک 18.3 گیگا پاسکال و استحکام کششی 244 مگاپاسکال به دست آید.

علاوه بر الیاف شیشه، همچنین گزارش هایی از محصولاتی از TPU کامپوزیت فیبر کربنی مانند برد کامپوزیت فیبر کربن/TPU Covestro's Maezio وجود دارد که مدول الاستیک تا 100GPa و چگالی کمتری نسبت به فلزات دارد.
3. TPU بازدارنده شعله بدون هالوژن

TPU دارای استحکام بالا، چقرمگی بالا، مقاومت در برابر سایش عالی و سایر خواص است که آن را به یک ماده غلاف بسیار مناسب برای سیم و کابل تبدیل می کند. اما در زمینه های کاربردی مانند ایستگاه های شارژ، تاخیر شعله بالاتری مورد نیاز است. به طور کلی دو راه برای بهبود عملکرد بازدارنده شعله TPU وجود دارد. یکی اصلاح واکنشی بازدارنده شعله است که شامل وارد کردن مواد بازدارنده شعله مانند پلی ال ها یا ایزوسیانات های حاوی فسفر، نیتروژن و سایر عناصر در سنتز TPU از طریق پیوند شیمیایی است. مورد دوم اصلاح افزایشی بازدارنده شعله است که شامل استفاده از TPU به عنوان بستر و افزودن بازدارنده های شعله برای مخلوط کردن مذاب است.

اصلاح واکنشی می تواند ساختار TPU را تغییر دهد، اما زمانی که مقدار بازدارنده شعله افزودنی زیاد باشد، قدرت TPU کاهش می یابد، عملکرد پردازش بدتر می شود و افزودن مقدار کمی نمی تواند به سطح بازدارنده شعله مورد نیاز دست یابد. در حال حاضر، هیچ محصول بازدارنده شعله بالا به صورت تجاری موجود نیست که بتواند واقعاً کاربرد ایستگاه های شارژ را برآورده کند.

سابقاً بایر مواد ساینس (اکنون کاسترون) زمانی یک فسفر آلی حاوی پلیول (IHPO) بر اساس اکسید فسفین را در یک حق ثبت اختراع معرفی کرد. پلی اتر TPU سنتز شده از IHPO، PTMEG-1000، 4،4 '- MDI، و BDO دارای خواص ضد شعله و مکانیکی عالی است. فرآیند اکستروژن صاف است و سطح محصول صاف است.

افزودن مواد بازدارنده شعله بدون هالوژن در حال حاضر متداول ترین روش فنی برای تهیه TPU بازدارنده شعله بدون هالوژن است. به طور کلی، بازدارنده های شعله مبتنی بر فسفر، نیتروژن، سیلیکون، بر پایه بور ترکیب می شوند یا هیدروکسیدهای فلزی به عنوان بازدارنده شعله استفاده می شوند. به دلیل اشتعال پذیری ذاتی TPU، معمولاً برای تشکیل یک لایه مقاوم در برابر شعله در طول احتراق، مقدار پرکننده بازدارنده شعله بیش از 30 درصد مورد نیاز است. با این حال، زمانی که مقدار بازدارنده شعله اضافه شده زیاد باشد، بازدارنده شعله به طور ناهموار در بستر TPU پراکنده می شود و خواص مکانیکی TPU بازدارنده شعله ایده آل نیست، که همچنین کاربرد و ترویج آن را در زمینه هایی مانند شیلنگ ها، فیلم ها محدود می کند. ، و کابل ها

پتنت BASF یک فناوری TPU ضد شعله را معرفی می کند که پلی فسفات ملامین و مشتق اسید فسفینیک حاوی فسفر را به عنوان بازدارنده شعله با TPU با وزن مولکولی متوسط ​​وزنی بیش از 150 کیلو دالتون ترکیب می کند. مشخص شد که عملکرد بازدارنده شعله در حین دستیابی به استحکام کششی بالا به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

برای افزایش بیشتر استحکام کششی مواد، پتنت BASF روشی را برای تهیه مستربچ عامل پیوند متقابل حاوی ایزوسیانات ها معرفی می کند. افزودن 2 درصد از این نوع مستربچ به ترکیبی که الزامات بازدارنده شعله UL94V-0 را برآورده می کند، می تواند استحکام کششی ماده را از 35 مگا پاسکال به 40 مگا پاسکال افزایش دهد و در عین حال عملکرد مقاوم در برابر شعله V-0 را حفظ کند.

برای بهبود مقاومت در برابر حرارت TPU مقاوم در برابر شعله، ثبت اختراعشرکت مواد جدید لینگهواهمچنین روشی را برای استفاده از هیدروکسیدهای فلزی با پوشش سطحی به عنوان بازدارنده شعله معرفی می کند. به منظور بهبود مقاومت هیدرولیز TPU مقاوم در برابر شعله،شرکت مواد جدید لینگهواکربنات فلزی را بر اساس افزودن ضد شعله ملامین در یک درخواست ثبت اختراع دیگر معرفی کرد.

4. TPU برای فیلم محافظ رنگ خودرو

فیلم محافظ رنگ خودرو یک فیلم محافظ است که پس از نصب سطح رنگ را از هوا جدا می کند و از باران اسیدی، اکسیداسیون، خراشیدگی جلوگیری می کند و محافظت طولانی مدت از سطح رنگ را فراهم می کند. وظیفه اصلی آن محافظت از سطح رنگ خودرو پس از نصب است. لایه محافظ رنگ به طور کلی از سه لایه تشکیل شده است که روی سطح آن یک پوشش خود ترمیم شونده، یک لایه پلیمری در وسط و یک چسب حساس به فشار اکریلیک در لایه زیرین قرار دارد. TPU یکی از مواد اصلی برای تهیه فیلم های پلیمری میانی است.

الزامات عملکرد برای TPU مورد استفاده در فیلم محافظ رنگ به شرح زیر است: مقاومت در برابر خراش، شفافیت بالا (گذر نور> 95٪)، انعطاف پذیری در دمای پایین، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت کششی> 50MPa، ازدیاد طول> 400% و Shore A محدوده سختی 87-93; مهمترین عملکرد مقاومت در برابر آب و هوا است که شامل مقاومت در برابر پیری UV، تخریب اکسیداتیو حرارتی و هیدرولیز است.

محصولات بالغ در حال حاضر TPU آلیفاتیک هستند که از دی سیکلوهگزیل دی ایزوسیانات (H12MDI) و پلی کاپرولاکتون دیول به عنوان مواد خام تهیه شده اند. TPU معطر معمولی پس از یک روز تابش اشعه ماوراء بنفش به وضوح زرد می شود، در حالی که TPU آلیفاتیک که برای فیلم پوشش خودرو استفاده می شود می تواند ضریب زرد شدن خود را بدون تغییرات قابل توجه در شرایط مشابه حفظ کند.
پلی (ε – کاپرولاکتون) TPU عملکرد متعادل تری نسبت به پلی اتر و پلی استر TPU دارد. از یک طرف، می تواند مقاومت پارگی عالی TPU پلی استر معمولی را از خود نشان دهد، در حالی که از سوی دیگر، تغییر شکل دائمی فشرده سازی کم و عملکرد برگشتی بالای TPU پلی اتر را نیز نشان می دهد، بنابراین به طور گسترده در بازار استفاده می شود.

با توجه به الزامات مختلف برای مقرون به صرفه بودن محصول پس از تقسیم‌بندی بازار، با بهبود فناوری پوشش سطح و قابلیت تنظیم فرمول چسب، امکان استفاده از پلی‌اتر یا پلی‌استر معمولی H12MDI آلیفاتیک TPU برای فیلم‌های محافظ رنگ در آینده وجود دارد.

5. TPU مبتنی بر زیست

روش متداول برای تهیه TPU مبتنی بر زیست، معرفی مونومرها یا واسطه های زیستی در طی فرآیند پلیمریزاسیون است، مانند ایزوسیانات های زیستی (مانند MDI، PDI)، پلی ال های مبتنی بر زیست و غیره. در این میان، ایزوسیانات های زیست پایه نسبتاً نادر در در بازار، در حالی که پلی ال های زیستی رایج تر هستند.

از نظر ایزوسیانات های مبتنی بر زیستی، در اوایل سال 2000، BASF، Covestro و دیگران تلاش زیادی در تحقیقات PDI انجام دادند و اولین دسته از محصولات PDI در سال 2015-2016 وارد بازار شدند. Wanhua Chemical محصولات TPU 100% مبتنی بر زیست را با استفاده از PDI مبتنی بر زیست ساخته شده از ذرت تولید کرده است.

از نظر پلی‌ال‌های مبتنی بر زیست، شامل پلی‌تترا فلوئورواتیلن زیستی (PTMEG)، 1،4-بوتاندیول (BDO)، 1،3-پروپاندیول (PDO)، پلی‌ال‌های پلی استر مبتنی بر زیست، پلی‌ال‌های پلی‌اتر بر پایه زیستی و غیره است.

در حال حاضر، چندین تولیدکننده TPU، TPU مبتنی بر زیستی را راه‌اندازی کرده‌اند که عملکرد آن با TPU سنتی مبتنی بر پتروشیمی قابل مقایسه است. تفاوت اصلی بین این TPU های مبتنی بر زیست در سطح محتوای مبتنی بر زیست است که به طور کلی از 30٪ تا 40٪ متغیر است و برخی حتی به سطوح بالاتری نیز می رسند. در مقایسه با TPU سنتی مبتنی بر پتروشیمی، TPU مبتنی بر زیست مزایایی مانند کاهش انتشار کربن، بازسازی پایدار مواد خام، تولید سبز و حفظ منابع دارد. BASF، Covestro، Lubrizol، Wanhua Chemical ومواد جدید لینگهوامارک های TPU مبتنی بر زیست خود را راه اندازی کرده اند، و کاهش کربن و پایداری نیز جهت های کلیدی برای توسعه TPU در آینده است.