مسیرهای اصلی برای توسعه آینده TPU

TPU یک الاستومر ترموپلاستیک پلی اورتان است ، که یک کوپلیمر بلوک چند فاز است که از دییزوسیانات ها ، پلیول ها و گسترش دهنده های زنجیره ای تشکیل شده است. به عنوان یک الاستومر با کارایی بالا ، TPU دارای طیف گسترده ای از مسیرهای پایین دست است و به طور گسترده در نیازهای روزانه ، تجهیزات ورزشی ، اسباب بازی ها ، مواد تزئینی و سایر زمینه ها مانند مواد کفش ، شیلنگ ، کابل ، دستگاه های پزشکی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

در حال حاضر ، تولید کنندگان اصلی مواد اولیه TPU شامل BASF ، Covestro ، Lubrizol ، Huntsman ، Wanhua Chemical ،مواد جدید Linghua، و غیره. با طرح و گسترش ظرفیت شرکتهای داخلی ، صنعت TPU در حال حاضر بسیار رقابتی است. با این حال ، در زمینه کاربردهای سطح بالا ، هنوز هم به واردات متکی است ، که همچنین منطقه ای است که چین برای دستیابی به پیشرفت ها 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 با نام تجاری کفش در حال اجرا EnergyBoost ، که از TPU Foamed (نام تجاری Infinergy) به عنوان ماده میانی استفاده می کند ، توسعه دادند. با توجه به استفاده از TPU Polyerth با یک ساحل سختی 80-85 به عنوان بستر ، در مقایسه با میانی های EVA ، میانی های TPU Foamed هنوز هم می توانند کشش و نرمی خوبی را در محیط های زیر 0 حفظ کنند ، که باعث بهبود راحتی می شود و در بازار به طور گسترده ای شناخته می شود.
2. مواد کامپوزیت اصلاح شده TPU تقویت شده فیبر

TPU مقاومت در برابر ضربه خوبی دارد ، اما در برخی از کاربردها ، مدول الاستیک بالا و مواد بسیار سخت مورد نیاز است. اصلاح تقویت فیبر شیشه ای یک روش متداول برای افزایش مدول الاستیک مواد است. از طریق اصلاح ، مواد کامپوزیت ترموپلاستیک با مزایای بسیاری از قبیل مدول الاستیک بالا ، عایق خوب ، مقاومت در برابر حرارت قوی ، عملکرد بهبود الاستیک خوب ، مقاومت در برابر خوردگی خوب ، مقاومت در برابر ضربه ، ضریب کم انبساط و پایداری ابعادی حاصل می شود.

BASF یک فناوری را برای تهیه TPU تقویت شده با فایبرگلاس بالا با استفاده از الیاف کوتاه شیشه ای در ثبت اختراع خود معرفی کرده است. یک TPU با سختی D از 83 با مخلوط کردن پلی تترا فلورو اتیلن گلیکول (PTMEG ، MN = 1000) ، MDI و 1،4 بوتانیدول (BDO) با 1،3 پروپانیدول به عنوان مواد اولیه سنتز شد. این TPU با فیبر شیشه ای در نسبت جرم 52:48 برای به دست آوردن یک ماده کامپوزیت با یک مدول الاستیک 18.3 GPA و مقاومت کششی 244 MPa ترکیب شد.

علاوه بر فیبر شیشه ای ، همچنین گزارش هایی از محصولات با استفاده از TPU کامپوزیت فیبر کربن ، مانند تخته کامپوزیت کربن Maezio Maezio Covestro ، که دارای یک مدول الاستیک تا 100 گرم در ثانیه و چگالی پایین تر از فلزات است ، وجود دارد.
3. Halogen Free Flame TPU

TPU از استحکام بالا ، سختی بالا ، مقاومت در برابر سایش عالی و سایر خصوصیات برخوردار است و آن را به یک ماده غلاف بسیار مناسب برای سیم ها و کابل ها تبدیل می کند. اما در زمینه های برنامه مانند ایستگاه های شارژ ، عقب ماندگی شعله بالاتر لازم است. به طور کلی دو روش برای بهبود عملکرد عقب ماندگی شعله TPU وجود دارد. یکی اصلاحات بازدارنده شعله ، که شامل معرفی مواد مهار کننده شعله مانند پلیول ها یا ایزوسیانات حاوی فسفر ، نیتروژن و سایر عناصر در سنتز TPU از طریق پیوند شیمیایی است. مورد دوم اصلاح مقاوم در برابر شعله افزودنی است که شامل استفاده از TPU به عنوان بستر و اضافه کردن بازدارنده های شعله برای مخلوط کردن ذوب است.

اصلاح واکنشی می تواند ساختار TPU را تغییر دهد ، اما هنگامی که مقدار مهار کننده شعله افزودنی زیاد است ، قدرت TPU کاهش می یابد ، عملکرد پردازش رو به زوال است و اضافه کردن مقدار کمی نمی تواند به سطح مهار کننده شعله مورد نیاز دست یابد. در حال حاضر ، هیچ محصول بازدارنده شعله بالا تجاری در دسترس نیست که واقعاً بتواند کاربرد ایستگاه های شارژ را برآورده کند.

Material Science سابق Bayer (اکنون Kostron) یک بار یک فسفر آلی حاوی پلیول (IHPO) را بر اساس اکسید فسفین در یک حق ثبت اختراع معرفی کرد. TPU Polyeth از IHPO ، PTMEG-1000 ، 4،4 '- MDI و BDO سنتز شده است. فرآیند اکستروژن صاف است و سطح محصول صاف است.

اضافه کردن بازدارنده های شعله بدون هالوژن در حال حاضر متداول ترین مسیر فنی برای تهیه TPU مهار کننده شعله بدون هالوژن است. به طور کلی ، مهارکننده های شعله مبتنی بر سیلیکون ، مبتنی بر نیتروژن ، مبتنی بر سیلیکون ، ترکیب شده و یا هیدروکسیدهای فلزی به عنوان نگهدارنده شعله استفاده می شوند. با توجه به اشتعال ذاتی TPU ، یک مقدار پر کردن شعله بیش از 30 ٪ اغلب برای تشکیل یک لایه نگهدارنده شعله پایدار در حین احتراق مورد نیاز است. با این حال ، هنگامی که مقدار نگهدارنده شعله اضافه شده زیاد باشد ، نگهدارنده شعله به طور ناهموار در بستر TPU پراکنده می شود ، و خصوصیات مکانیکی TPU مهار کننده شعله ایده آل نیست ، که کاربرد و ارتقاء آن را در زمینه هایی مانند شیلنگ ها ، فیلم ها و کابل ها محدود می کند.

حق ثبت اختراع BASF یک فناوری TPU مقاوم در برابر شعله را معرفی می کند ، که پلی فسفات ملامین و یک فسفر حاوی مشتق اسید فسفینیک را به عنوان بازدارنده های شعله با TPU با وزن مولکولی متوسط ​​وزن بیشتر از 150kDa مخلوط می کند. مشخص شد که عملکرد عقب ماندگی شعله در هنگام دستیابی به استحکام کششی بالا به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

برای افزایش بیشتر استحکام کششی مواد ، حق ثبت اختراع BASF روشی را برای تهیه نماینده متقاطع Masterbatch حاوی ایزوسیانات ها معرفی می کند. اضافه کردن 2 ٪ از این نوع Masterbatch به ترکیبی که نیازهای عقب ماندگی شعله UL94V-0 را برآورده می کند ، می تواند مقاومت کششی مواد را از 35MPa به 40MPa افزایش دهد و در عین حال عملکرد مهار V-0 را حفظ کند.

برای بهبود مقاومت پیری گرما از TPU مقاوم در برابر شعله ، حق ثبت اختراعشرکت جدید مواد Linghuaهمچنین روشی را برای استفاده از هیدروکسیدهای فلزی با پوشش سطح به عنوان بازدارنده شعله معرفی می کند. به منظور بهبود مقاومت هیدرولیز TPU مقاوم در برابر شعله ،شرکت جدید مواد Linghuaکربنات فلزی را بر اساس افزودن مهار کننده شعله ملامین در یک برنامه ثبت اختراع دیگر معرفی کرد.

4. TPU برای فیلم محافظت از رنگ خودرو

فیلم محافظت از رنگ اتومبیل یک فیلم محافظ است که بعد از نصب سطح رنگ را از هوا جدا می کند ، از باران اسیدی ، اکسیداسیون ، خراش جلوگیری می کند و محافظت طولانی مدت برای سطح رنگ را فراهم می کند. عملکرد اصلی آن محافظت از سطح رنگ اتومبیل پس از نصب است. فیلم محافظت از رنگ به طور کلی از سه لایه تشکیل شده است ، با یک پوشش خود درمانی روی سطح ، یک فیلم پلیمری در وسط و یک چسب حساس به فشار اکریلیک در لایه پایین. TPU یکی از اصلی ترین مواد برای تهیه فیلم های پلیمری متوسط ​​است.

الزامات عملکرد TPU مورد استفاده در فیلم محافظت از رنگ به شرح زیر است: مقاومت در برابر خراش ، شفافیت بالا (انتقال نور> 95 ٪) ، انعطاف پذیری با دمای پایین ، مقاومت در دمای بالا ، مقاومت کششی> 50MPa ، کشیدگی> 400 ٪ و دامنه سختی 87-93 ؛ مهمترین عملکرد مقاومت به آب و هوا است که شامل مقاومت در برابر پیری اشعه ماوراء بنفش ، تخریب اکسیداتیو حرارتی و هیدرولیز است.

محصولات بالغ در حال حاضر TPU Aliphatic هستند که از Dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) و Diol Polycaprolactone به عنوان مواد اولیه تهیه شده است. TPU معطر معمولی پس از یک روز از تابش اشعه ماوراء بنفش به وضوح زرد می شود ، در حالی که TPU آلیفاتیک مورد استفاده برای فیلم بسته بندی اتومبیل می تواند ضریب زردی خود را بدون تغییر قابل توجه در همان شرایط حفظ کند.
TPU Poly (ε - caprolactone) در مقایسه با TPU پلی اتر و پلی استر عملکرد متعادل تری دارد. از یک طرف ، می تواند مقاومت بسیار خوبی از TPU پلی استر معمولی را نشان دهد ، در حالی که از طرف دیگر ، همچنین نشان دهنده تغییر شکل دائمی در فشرده سازی کم و عملکرد ریباند بالا از Polyeth TPU است ، بنابراین به طور گسترده ای در بازار مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به نیازهای مختلف برای مقرون به صرفه بودن محصول پس از تقسیم بازار ، با بهبود فناوری پوشش سطح و توانایی تنظیم فرمول چسب ، فرصتی برای پلی اتری یا معمولی TPU Aliphatic Polyery یا معمولی وجود دارد که در آینده برای فیلم های محافظت از رنگ استفاده شود.

5. TPU Biobased

روش متداول برای تهیه TPU مبتنی بر زیستی ، معرفی مونومرهای مبتنی بر زیستی یا واسطه ها در طی فرآیند پلیمریزاسیون ، مانند ایزوسیاناتهای مبتنی بر زیستی (مانند MDI ، PDI) ، پلیول های مبتنی بر زیستی و غیره است. در میان آنها ، ایزوسیاناتهای بیوباز نسبتاً نادر در بازار هستند ، در حالی که پلیول های بیوبیز بیشتر رایج هستند.

از نظر ایزوسیاناتهای مبتنی بر زیستی ، در اوایل سال 2000 ، BASF ، Covestro و سایرین تلاش زیادی را در تحقیقات PDI سرمایه گذاری کرده اند و اولین دسته از محصولات PDI در سالهای 2015-2016 به بازار عرضه شده است. Wanhua Chemical 100 ٪ محصولات TPU مبتنی بر زیستی را با استفاده از PDI مبتنی بر زیستی ساخته شده از ذرت ذرت تولید کرده است.

از نظر پلیول های مبتنی بر زیستی ، این شامل پلی تترا فلوئورو اتیلن (PTMEG) ، مبتنی بر بیوگرافی 1،4 بوتانیدول (BDO) ، مبتنی بر Bio 1،3-Propanediol (PDO) ، پلیول های پلی استر مبتنی بر بیو ، پلیول های پلی یات مبتنی بر بیو و غیره است.

در حال حاضر ، چندین تولید کننده TPU TPU مبتنی بر BIO را راه اندازی کرده اند که عملکرد آن با TPU سنتی پتروشیمی قابل مقایسه است. تفاوت اصلی بین این TPU های مبتنی بر زیستی در سطح محتوای مبتنی بر زیستی نهفته است ، به طور کلی از 30 ٪ تا 40 ٪ ، با برخی حتی به سطح بالاتری رسیده اند. در مقایسه با TPU سنتی مبتنی بر پتروشیمی ، TPU مبتنی بر زیستی دارای مزایایی مانند کاهش انتشار کربن ، بازسازی پایدار مواد اولیه ، تولید سبز و حفاظت از منابع است. BASF ، Covestro ، Lubrizol ، Wanhua Chemical ، ومواد جدید Linghuaمارک های TPU مبتنی بر زیستی خود را راه اندازی کرده اند و کاهش کربن و پایداری نیز جهت های اصلی توسعه TPU در آینده هستند.