ทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนา TPU ในอนาคต

TPU คือโพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ ซึ่งเป็นโคโพลีเมอร์บล็อกหลายเฟสที่ประกอบด้วยไดไอโซไซยาเนต โพลีออล และสารขยายสายโซ่ เนื่องจากเป็นอีลาสโตเมอร์ประสิทธิภาพสูง TPU มีทิศทางผลิตภัณฑ์ขั้นปลายที่หลากหลาย และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวัน อุปกรณ์กีฬา ของเล่น วัสดุตกแต่ง และสาขาอื่นๆ เช่น วัสดุรองเท้า สายยาง สายเคเบิ้ล อุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ

ปัจจุบันผู้ผลิตวัตถุดิบ TPU หลัก ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua วัสดุใหม่และอื่นๆ ด้วยรูปแบบและการขยายกำลังการผลิตขององค์กรในประเทศ อุตสาหกรรม TPU จึงมีการแข่งขันสูงในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ในด้านการใช้งานระดับไฮเอนด์ ยังคงต้องอาศัยการนำเข้า ซึ่งเป็นพื้นที่ที่จีนจำเป็นต้องบรรลุความก้าวหน้า เรามาพูดถึงโอกาสทางการตลาดในอนาคตของผลิตภัณฑ์ TPU กันดีกว่า

1. E-TPU ที่เกิดฟองวิกฤตยิ่งยวด

ในปี 2012 Adidas และ BASF ร่วมกันพัฒนารองเท้าวิ่งแบรนด์ EnergyBoost ซึ่งใช้โฟม TPU (infinergy ชื่อทางการค้า) เป็นวัสดุพื้นรองเท้าชั้นกลาง เนื่องจากการใช้โพลีอีเทอร์ TPU ที่มีความแข็ง Shore A 80-85 เป็นพื้นผิว เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นรองเท้าชั้นกลางของ EVA แล้ว พื้นรองเท้าชั้นกลางของ TPU ที่เป็นโฟมยังคงสามารถรักษาความยืดหยุ่นและความนุ่มนวลที่ดีในสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่า 0 ℃ ซึ่งช่วยเพิ่มความสบายในการสวมใส่และได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางใน ตลาด
2. วัสดุคอมโพสิต TPU ที่เสริมด้วยไฟเบอร์

TPU มีความทนทานต่อแรงกระแทกได้ดี แต่ในการใช้งานบางอย่าง จำเป็นต้องมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงและวัสดุที่แข็งมาก การปรับเปลี่ยนการเสริมแรงด้วยใยแก้วเป็นเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปในการเพิ่มโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ ผ่านการดัดแปลง วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกที่มีข้อดีหลายประการ เช่น โมดูลัสยืดหยุ่นสูง ฉนวนที่ดี ทนความร้อนสูง ประสิทธิภาพการคืนตัวแบบยืดหยุ่นที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ทนต่อแรงกระแทก ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ และความเสถียรของมิติ

BASF ได้เปิดตัวเทคโนโลยีสำหรับการเตรียม TPU เสริมใยแก้วโมดูลัสสูงโดยใช้เส้นใยแก้วสั้นในสิทธิบัตร TPU ที่มีความแข็ง Shore D เท่ากับ 83 ถูกสังเคราะห์โดยการผสมโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนไกลคอล (PTMEG, Mn=1000), MDI และ 1,4-บิวเทนไดออล (BDO) กับ 1,3-โพรเพนไดออลเป็นวัตถุดิบ TPU นี้ผสมกับใยแก้วในอัตราส่วนมวล 52:48 เพื่อให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีโมดูลัสยืดหยุ่น 18.3 GPa และความต้านทานแรงดึง 244 MPa

นอกจากใยแก้วแล้ว ยังมีรายงานเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ที่ใช้คาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิต TPU เช่น แผ่นคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ Maezio/TPU ของ Covestro ซึ่งมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงถึง 100GPa และมีความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะ
3. TPU สารหน่วงไฟปราศจากฮาโลเจน

TPU มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง ทนต่อการสึกหรอดีเยี่ยม และคุณสมบัติอื่นๆ ทำให้เป็นวัสดุเปลือกที่เหมาะสมมากสำหรับสายไฟและสายเคเบิล แต่ในด้านการใช้งาน เช่น สถานีชาร์จ จำเป็นต้องมีการหน่วงไฟที่สูงกว่า โดยทั่วไปมีสองวิธีในการปรับปรุงประสิทธิภาพการหน่วงไฟของ TPU วิธีหนึ่งคือการดัดแปลงสารหน่วงไฟที่เกิดปฏิกิริยา ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแนะนำวัสดุหน่วงไฟ เช่น โพลิออลหรือไอโซไซยาเนตที่มีฟอสฟอรัส ไนโตรเจน และองค์ประกอบอื่นๆ ในการสังเคราะห์ TPU ผ่านพันธะเคมี ประการที่สองคือการดัดแปลงสารหน่วงไฟแบบเติมแต่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้ TPU เป็นสารตั้งต้น และการเติมสารหน่วงไฟสำหรับการผสมหลอม

การปรับเปลี่ยนปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของ TPU แต่เมื่อสารเติมแต่งสารหน่วงไฟมีปริมาณมาก ความแข็งแรงของ TPU จะลดลง ประสิทธิภาพการประมวลผลจะลดลง และการเติมสารเติมแต่งในปริมาณเล็กน้อยก็ไม่สามารถบรรลุระดับสารหน่วงไฟที่ต้องการได้ ปัจจุบันไม่มีผลิตภัณฑ์สารหน่วงไฟสูงที่มีจำหน่ายในท้องตลาดที่สามารถตอบสนองการใช้งานของสถานีชาร์จได้อย่างแท้จริง

อดีตบริษัท Bayer MaterialScience (ปัจจุบันคือ Kostron) ครั้งหนึ่งเคยเปิดตัวสารอินทรีย์ฟอสฟอรัสที่มีโพลีออล (IHPO) ซึ่งมีฟอสฟีนออกไซด์เป็นส่วนประกอบในสิทธิบัตร TPU โพลีอีเทอร์สังเคราะห์จาก IHPO, PTMEG-1000, 4,4 '- MDI และ BDO มีคุณสมบัติหน่วงการติดไฟและคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม กระบวนการอัดรีดเรียบและพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เรียบ

ปัจจุบันการเติมสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนเป็นเส้นทางทางเทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดในการเตรียม TPU สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน โดยทั่วไป สารหน่วงการติดไฟที่มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบหลัก ไนโตรเจน ซิลิคอน สารหน่วงไฟที่มีโบรอนเป็นส่วนประกอบหรือไฮดรอกไซด์ของโลหะถูกใช้เป็นสารหน่วงการติดไฟ เนื่องจากความสามารถในการติดไฟโดยธรรมชาติของ TPU จึงมักจะต้องใช้ปริมาณการเติมสารหน่วงไฟมากกว่า 30% เพื่อสร้างชั้นสารหน่วงไฟที่เสถียรในระหว่างการเผาไหม้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเติมสารหน่วงไฟในปริมาณมาก สารหน่วงไฟจะกระจายตัวไม่สม่ำเสมอในสารตั้งต้น TPU และคุณสมบัติทางกลของ TPU สารหน่วงไฟไม่เหมาะ ซึ่งยังจำกัดการใช้งานและการส่งเสริมการขายในด้านต่างๆ เช่น ท่อ ฟิล์ม และสายเคเบิล.

สิทธิบัตรของ BASF แนะนำเทคโนโลยี TPU หน่วงไฟ ซึ่งผสมผสานเมลามีนโพลีฟอสเฟตและฟอสฟอรัสที่มีอนุพันธ์ของกรดฟอสฟีนิกเป็นสารหน่วงไฟกับ TPU โดยมีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยมากกว่า 150kDa พบว่าประสิทธิภาพการหน่วงไฟได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ได้รับความต้านทานแรงดึงสูง

เพื่อเพิ่มความต้านทานแรงดึงของวัสดุ สิทธิบัตรของ BASF แนะนำวิธีการเตรียมมาสเตอร์แบทช์ของสารเชื่อมโยงข้ามที่มีไอโซไซยาเนต การเพิ่มมาสเตอร์แบทช์ประเภทนี้ 2% ลงในองค์ประกอบที่ตรงตามข้อกำหนดสารหน่วงไฟ UL94V-0 จะสามารถเพิ่มความต้านทานแรงดึงของวัสดุจาก 35MPa เป็น 40MPa ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟ V-0 ได้

เพื่อปรับปรุงความต้านทานการเสื่อมสภาพของความร้อนของ TPU ที่ทนไฟซึ่งเป็นสิทธิบัตรของบริษัท วัสดุใหม่ Linghuaยังแนะนำวิธีการใช้ไฮดรอกไซด์ของโลหะที่เคลือบพื้นผิวเป็นสารหน่วงไฟ เพื่อที่จะปรับปรุงความต้านทานไฮโดรไลซิสของ TPU ที่หน่วงไฟบริษัท วัสดุใหม่ Linghuaเปิดตัวโลหะคาร์บอเนตบนพื้นฐานของการเติมสารหน่วงไฟเมลามีนในการยื่นขอรับสิทธิบัตรอื่น

4.TPU สำหรับฟิล์มป้องกันสีรถยนต์

ฟิล์มป้องกันสีรถยนต์เป็นฟิล์มป้องกันที่แยกพื้นผิวสีออกจากอากาศหลังการติดตั้ง ป้องกันฝนกรด ออกซิเดชัน รอยขีดข่วน และให้การปกป้องพื้นผิวสีได้ยาวนาน หน้าที่หลักคือการปกป้องพื้นผิวสีรถหลังการติดตั้ง โดยทั่วไปฟิล์มป้องกันสีประกอบด้วยสามชั้น โดยมีการเคลือบซ่อมแซมตัวเองบนพื้นผิว ฟิล์มโพลีเมอร์อยู่ตรงกลาง และกาวอะคริลิกไวต่อแรงกดที่ชั้นล่าง TPU เป็นหนึ่งในวัสดุหลักในการเตรียมฟิล์มโพลีเมอร์ระดับกลาง

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับ TPU ที่ใช้ในฟิล์มป้องกันสีมีดังนี้: ความต้านทานต่อการขีดข่วน, ความโปร่งใสสูง (การส่งผ่านแสง> 95%), ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ, ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง, ความต้านทานแรงดึง> 50MPa, การยืดตัว> 400% และ Shore A ช่วงความแข็ง 87-93; ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดคือการทนทานต่อสภาพอากาศ ซึ่งรวมถึงความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพของรังสียูวี การย่อยสลายด้วยออกซิเดชันเนื่องจากความร้อน และการไฮโดรไลซิส

ผลิตภัณฑ์ที่สุกในปัจจุบันคือ aliphatic TPU ที่เตรียมจาก dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) และ polycaprolactone diol เป็นวัตถุดิบ TPU อะโรมาติกธรรมดาจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองอย่างเห็นได้ชัดหลังจากการฉายรังสี UV เป็นเวลาหนึ่งวัน ในขณะที่ TPU อะลิฟาติกที่ใช้สำหรับฟิล์มห่อรถยนต์สามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์การเหลืองได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญภายใต้สภาวะเดียวกัน
Poly (ε – caprolactone) TPU มีประสิทธิภาพที่สมดุลมากกว่าเมื่อเทียบกับโพลีเอเทอร์และโพลีเอสเตอร์ TPU ในแง่หนึ่ง มันสามารถแสดงความต้านทานการฉีกขาดที่ดีเยี่ยมของโพลีเอสเตอร์ TPU ธรรมดา ในขณะที่ในทางกลับกัน มันยังแสดงให้เห็นถึงการเสียรูปถาวรของการบีบอัดต่ำที่โดดเด่น และประสิทธิภาพการเด้งกลับสูงของโพลีอีเทอร์ TPU ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาด

เนื่องจากความต้องการที่แตกต่างกันในด้านความคุ้มค่าของผลิตภัณฑ์หลังการแบ่งส่วนตลาด ด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีการเคลือบผิวและความสามารถในการปรับเปลี่ยนสูตรกาว จึงมีโอกาสที่โพลีเอเทอร์หรือโพลีเอสเตอร์อะลิฟาติก H12MDI ธรรมดา TPU ที่จะนำไปใช้กับฟิล์มป้องกันสีในอนาคต

5. TPU ชีวภาพ

วิธีการทั่วไปในการเตรียม TPU ที่มีพื้นฐานทางชีวภาพคือการแนะนำโมโนเมอร์หรือตัวกลางที่มีพื้นฐานทางชีวภาพในระหว่างกระบวนการโพลีเมอไรเซชัน เช่น ไอโซไซยาเนตที่มีพื้นฐานทางชีวภาพ (เช่น MDI, PDI) โพลิออลที่มีพื้นฐานทางชีวภาพ เป็นต้น ในหมู่พวกเขา ไอโซไซยาเนตที่มีพื้นฐานทางชีวภาพนั้นค่อนข้างหายากใน ตลาด ในขณะที่โพลิออลจากฐานชีวภาพนั้นมีอยู่ทั่วไปมากกว่า

ในแง่ของไอโซไซยาเนตจากชีวภาพ ในช่วงต้นปี 2000 BASF, Covestro และอื่นๆ ได้ทุ่มความพยายามอย่างมากในการวิจัย PDI และผลิตภัณฑ์ PDI ชุดแรกออกสู่ตลาดในปี 2015-2016 Wanhua Chemical ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ TPU ชีวภาพ 100% โดยใช้ PDI ชีวภาพที่ทำจากเตาข้าวโพด

ในแง่ของโพลีออลจากชีวภาพ นั้นรวมถึงโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนจากชีวภาพ (PTMEG), 1,4-บิวเทนไดออลจากชีวภาพ (BDO), 1,3-โพรเพนไดออลจากชีวภาพ (PDO), โพลิออลโพลีเอสเตอร์จากชีวภาพ, โพลีออลจากโพลีเอเทอร์ชีวภาพ ฯลฯ

ปัจจุบัน ผู้ผลิต TPU หลายรายได้เปิดตัว TPU ชีวภาพ ซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ TPU ที่ใช้ปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม ความแตกต่างหลักระหว่าง TPU ชีวภาพเหล่านี้อยู่ที่ระดับของเนื้อหาจากชีวภาพ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 30% ถึง 40% โดยที่บางรุ่นก็บรรลุระดับที่สูงกว่าด้วยซ้ำ เมื่อเปรียบเทียบกับ TPU ที่ใช้ปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม TPU ชีวภาพมีข้อดี เช่น การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน การสร้างวัตถุดิบใหม่อย่างยั่งยืน การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และการอนุรักษ์ทรัพยากร บีเอเอสเอฟ, โคเวสโตร, ลูบริโซล, เคมีภัณฑ์ว่านหัว และLinghua วัสดุใหม่ได้เปิดตัวแบรนด์ TPU ชีวภาพแล้ว และการลดคาร์บอนและความยั่งยืนก็เป็นทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนา TPU ในอนาคต