ทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนาในอนาคตของ TPU

TPU เป็นอีลาสโตเมอร์เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทนซึ่งเป็นโคพอลิเมอร์บล็อกหลายเฟสประกอบด้วย diisocyanates, polyols และตัวขยายโซ่ ในฐานะที่เป็นอีลาสโตเมอร์ประสิทธิภาพสูง TPU มีทิศทางผลิตภัณฑ์ดาวน์สตรีมที่หลากหลายและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสิ่งจำเป็นทุกวันอุปกรณ์กีฬาของเล่นวัสดุตกแต่งและสาขาอื่น ๆ เช่นวัสดุรองเท้าท่อสายเคเบิลอุปกรณ์การแพทย์ ฯลฯ

ในปัจจุบันผู้ผลิตวัตถุดิบหลักของ TPU ได้แก่ BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua วัสดุใหม่และอื่น ๆ ด้วยการเลย์เอาต์และการขยายกำลังการผลิตขององค์กรในประเทศปัจจุบันอุตสาหกรรม TPU มีการแข่งขันสูง อย่างไรก็ตามในสาขาแอปพลิเคชันระดับไฮเอนด์มันยังคงอาศัยการนำเข้าซึ่งเป็นพื้นที่ที่จีนต้องการเพื่อให้บรรลุความก้าวหน้าเรามาพูดคุยเกี่ยวกับแนวโน้มตลาดในอนาคตของผลิตภัณฑ์ TPU

1. การเกิดฟอง supercritical e-tpu

ในปี 2012 Adidas และ BASF ร่วมกันพัฒนา Energyboost ยี่ห้อรองเท้าวิ่งซึ่งใช้ Foamed TPU (ชื่อทางการค้า Infinergy) เป็นวัสดุ midsole เนื่องจากการใช้ polyether TPU กับชายฝั่งมีความแข็ง 80-85 เป็นสารตั้งต้นเมื่อเทียบกับ EVA midsoles โฟม TPU midsoles ยังคงสามารถรักษาความยืดหยุ่นและความนุ่มนวลในสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่า 0 ℃ซึ่งช่วยเพิ่มความสะดวกสบายในการสวมใส่และเป็นที่รู้จักในตลาด
2. วัสดุคอมโพสิต TPU เสริมแรงด้วยเส้นใย

TPU มีความต้านทานต่อแรงกระแทกที่ดี แต่ในบางแอพพลิเคชั่นจำเป็นต้องมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงและวัสดุที่แข็งมาก การปรับเปลี่ยนการเสริมแรงของเส้นใยแก้วเป็นเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปเพื่อเพิ่มโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ ผ่านการดัดแปลงวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกที่มีข้อดีมากมายเช่นโมดูลัสยืดหยุ่นสูงฉนวนกันความร้อนความต้านทานความร้อนที่แข็งแกร่งประสิทธิภาพการกู้คืนยืดหยุ่นที่ดีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีความต้านทานต่อแรงกระแทก

BASF ได้เปิดตัวเทคโนโลยีสำหรับการเตรียม TPU เสริมไฟเบอร์กลาสโมดูลัสสูงโดยใช้เส้นใยสั้นแก้วในสิทธิบัตร TPU ที่มีความแข็งของชายฝั่ง D 83 ถูกสังเคราะห์โดยการผสม polytetrafluoroethylene glycol (PTMEG, MN = 1000), MDI และ 1,4-butanediol (BDO) ที่มี 1,3-propanediol เป็นวัตถุดิบ TPU นี้ประกอบไปด้วยเส้นใยแก้วในอัตราส่วนมวล 52:48 เพื่อให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีโมดูลัสยืดหยุ่น 18.3 GPA และความต้านทานแรงดึง 244 MPa

นอกจากเส้นใยแก้วแล้วยังมีรายงานผลิตภัณฑ์ที่ใช้ TPU คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์เช่น Maezio Carbon Fiber/TPU คอมโพสิตของ Covestro ซึ่งมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงถึง 100GPA และความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะ
3. Halogen Free Flame Retardant TPU

TPU มีความแข็งแรงสูงความทนทานสูงความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติอื่น ๆ ทำให้เป็นวัสดุฝักที่เหมาะสมมากสำหรับสายไฟและสายเคเบิล แต่ในฟิลด์แอปพลิเคชันเช่นสถานีชาร์จจำเป็นต้องมีการหน่วงการชะลอตัวที่สูงขึ้น โดยทั่วไปมีสองวิธีในการปรับปรุงประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟของ TPU หนึ่งคือการดัดแปลงสารหน่วงไฟแบบปฏิกิริยาซึ่งเกี่ยวข้องกับการแนะนำวัสดุสารหน่วงไฟเช่นโพลีออลหรือไอโซไซยาเนตที่มีฟอสฟอรัสไนโตรเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ ในการสังเคราะห์ TPU ผ่านพันธะเคมี; ประการที่สองคือการดัดแปลงสารหน่วงไฟเสริมซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้ TPU เป็นสารตั้งต้นและการเพิ่มสารหน่วงไฟสำหรับการผสมละลาย

การดัดแปลงปฏิกิริยาสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของ TPU ได้ แต่เมื่อปริมาณสารต้านทานเปลวไฟเติมเต็มมีขนาดใหญ่ความแข็งแรงของ TPU จะลดลงประสิทธิภาพการประมวลผลจะลดลงและการเพิ่มจำนวนเล็กน้อยไม่สามารถบรรลุระดับสารหน่วงไฟที่ต้องการได้ ปัจจุบันยังไม่มีผลิตภัณฑ์สารหน่วงไฟสูงที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ซึ่งสามารถตอบสนองการใช้งานสถานีชาร์จได้อย่างแท้จริง

อดีต Bayer Materialscience (ตอนนี้ Kostron) เคยเปิดตัวฟอสฟอรัสอินทรีย์ที่มีโพลีออล (IHPO) ตามฟอสฟีนออกไซด์ในสิทธิบัตร Polyether TPU สังเคราะห์จาก IHPO, PTMEG-1000, 4,4 '- MDI และ BDO จัดแสดงการหน่วงการชะลอเปลวไฟที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติเชิงกล กระบวนการอัดรีดนั้นราบรื่นและพื้นผิวของผลิตภัณฑ์นั้นราบรื่น

การเพิ่มสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนเป็นเส้นทางทางเทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการเตรียม TPU สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน โดยทั่วไปแล้วฟอสฟอรัสที่ใช้ไนโตรเจนใช้ซิลิกอน, สารหน่วงไฟที่ใช้โบรอนเป็นสารประกอบหรือไฮดรอกไซด์โลหะจะใช้เป็นสารหน่วงไฟ เนื่องจากความติดไฟโดยธรรมชาติของ TPU จึงจำเป็นต้องใช้ปริมาณสารหน่วงไฟมากกว่า 30% ในการสร้างเลเยอร์สารหน่วงไฟที่มั่นคงในระหว่างการเผาไหม้ อย่างไรก็ตามเมื่อปริมาณสารหน่วงไฟเพิ่มขึ้นมีขนาดใหญ่สารหน่วงไฟจะกระจายไปอย่างไม่สม่ำเสมอในพื้นผิว TPU และคุณสมบัติเชิงกลของ TPU สารหน่วงไฟนั้นไม่เหมาะซึ่ง จำกัด การใช้งานและการส่งเสริมการขายในทุ่งเช่นท่อภาพยนตร์และสายเคเบิล

สิทธิบัตรของ BASF แนะนำเทคโนโลยี TPU ที่ทนไฟซึ่งผสมผสาน polyphosphate melamine และฟอสฟอรัสที่มีอนุพันธ์ของกรดฟอสฟีนิกเป็นสารหน่วงไฟที่มี TPU ที่มีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยมากกว่า 150kDa พบว่าประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่บรรลุความต้านทานแรงดึงสูง

เพื่อเพิ่มความต้านทานแรงดึงของวัสดุต่อไปสิทธิบัตรของ BASF ได้แนะนำวิธีการเตรียมสายสัมพันธ์แบบเชื่อมขวาง Masterbatch ที่มี isocyanates การเพิ่ม 2% ของ Masterbatch ประเภทนี้เป็นองค์ประกอบที่ตรงกับความต้องการสารหน่วงไฟ UL94V-0 สามารถเพิ่มความต้านทานแรงดึงของวัสดุจาก 35MPa เป็น 40MPa ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพของสารหน่วง V-0

เพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อนของความร้อนของ TPU ที่ทนไฟได้ซึ่งเป็นสิทธิบัตรของLinghua บริษัท วัสดุใหม่ยังแนะนำวิธีการใช้ไฮดรอกไซด์โลหะเคลือบผิวเป็นสารหน่วงไฟ เพื่อปรับปรุงความต้านทานการไฮโดรไลซิสของ TPU ที่ทนไฟLinghua บริษัท วัสดุใหม่แนะนำโลหะคาร์บอเนตบนพื้นฐานของการเพิ่มสารหน่วงไฟเมลามีนในการยื่นขอสิทธิบัตรอื่น

4. TPU สำหรับฟิล์มป้องกันสียานยนต์

ฟิล์มป้องกันสีรถยนต์เป็นฟิล์มป้องกันที่แยกพื้นผิวสีออกจากอากาศหลังการติดตั้งป้องกันฝนกรดออกซิเดชันรอยขีดข่วนและให้การป้องกันที่ยาวนานสำหรับพื้นผิวสี ฟังก์ชั่นหลักของมันคือการปกป้องพื้นผิวสีรถยนต์หลังจากการติดตั้ง โดยทั่วไปแล้วฟิล์มป้องกันสีประกอบด้วยสามชั้นโดยมีการเคลือบด้วยตนเองบนพื้นผิวฟิล์มโพลีเมอร์ตรงกลางและกาวที่ไวต่อแรงดันอะคริลิคที่ชั้นล่าง TPU เป็นหนึ่งในวัสดุหลักสำหรับการเตรียมฟิล์มโพลีเมอร์ระดับกลาง

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับ TPU ที่ใช้ในฟิล์มป้องกันสีมีดังนี้: ความต้านทานรอยขีดข่วน, ความโปร่งใสสูง (การส่งผ่านแสง> 95%), ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ, ความต้านทานอุณหภูมิสูง, ความต้านทานแรงดึง> 50MPA, การยืดตัว> 400%และชายฝั่งช่วงความแข็ง 87-93; ประสิทธิภาพที่สำคัญที่สุดคือความต้านทานต่อสภาพอากาศซึ่งรวมถึงความต้านทานต่อริ้วรอย UV การย่อยสลายออกซิเดชั่นความร้อนและการไฮโดรไลซิส

ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผู้ใหญ่ในปัจจุบัน ได้แก่ Aliphatic TPU ที่เตรียมจาก dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) และ polycaprolactone diol เป็นวัตถุดิบ TPU อะโรมาติกธรรมดาจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองอย่างเห็นได้ชัดหลังจากการฉายรังสี UV หนึ่งวันในขณะที่ TPU Aliphatic ที่ใช้สำหรับฟิล์มห่อรถยนต์สามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์สีเหลืองได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน
Poly (ε - caprolactone) TPU มีประสิทธิภาพที่สมดุลมากขึ้นเมื่อเทียบกับ Polyether และ Polyester TPU ในอีกด้านหนึ่งมันสามารถแสดงความต้านทานการฉีกขาดที่ยอดเยี่ยมของโพลีเอสเตอร์สามัญ TPU ในขณะที่ในทางกลับกันมันยังแสดงให้เห็นถึงการเสียรูปถาวรที่มีการบีบอัดต่ำที่โดดเด่นและประสิทธิภาพการรีบาวด์สูงของ Polyether TPU จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในตลาด

เนื่องจากข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับความคุ้มค่าด้านต้นทุนของผลิตภัณฑ์หลังจากการแบ่งส่วนตลาดด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยีการเคลือบผิวและความสามารถในการปรับสูตรกาวจึงมีโอกาสสำหรับโพลีเอทเทอร์หรือโพลีเอสเตอร์สามัญ H12MDI Aliphatic TPU ที่จะนำไปใช้กับภาพยนตร์ป้องกันสีในอนาคต

5. Biobased TPU

วิธีการทั่วไปในการเตรียม TPU ที่ใช้ชีวภาพคือการแนะนำโมโนเมอร์หรือตัวกลางทางชีวภาพในระหว่างกระบวนการโพลีเมอไรเซชันเช่นไอโซไซยาเนตที่ใช้ชีวภาพ (เช่น MDI, PDI), โพลีออลที่ใช้ชีวภาพเป็นต้น

ในแง่ของ isocyanates ที่มีพื้นฐานทางชีวภาพเร็วเท่าปี 2000, BASF, Covestro และคนอื่น ๆ ได้ลงทุนอย่างมากในการวิจัย PDI และผลิตภัณฑ์ PDI ชุดแรกถูกนำเข้าสู่ตลาดในปี 2558-2559 Wanhua Chemical ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ TPU ที่ใช้ชีวภาพ 100% โดยใช้ PDI ที่ใช้ชีวภาพทำจากข้าวโพด stover

ในแง่ของโพลีออลที่ใช้ชีวภาพนั้นรวมถึง polytetrafluoroethylene (PTMEG) ที่ใช้ชีวภาพ (PTMEG), BIO ที่ใช้ 1,4-butanediol (BDO), ชีวภาพ 1,3-propanediol (PDO)

ในปัจจุบันผู้ผลิต TPU หลายรายได้เปิดตัว TPU ที่ใช้ชีวภาพซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ TPU ที่ใช้ปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง TPUs ที่ใช้ชีวภาพเหล่านี้อยู่ในระดับของเนื้อหาที่มีพื้นฐานทางชีวภาพโดยทั่วไปตั้งแต่ 30% ถึง 40% โดยบางคนถึงกับบรรลุระดับที่สูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับ TPU ที่ใช้ปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม TPU ที่ใช้ชีวภาพมีข้อได้เปรียบเช่นการลดการปล่อยคาร์บอนการฟื้นฟูวัตถุดิบอย่างยั่งยืนการผลิตสีเขียวและการอนุรักษ์ทรัพยากร BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical และLinghua วัสดุใหม่ได้เปิดตัวแบรนด์ TPU ที่ใช้ชีวภาพและการลดคาร์บอนและการพัฒนาอย่างยั่งยืนเป็นทิศทางที่สำคัญสำหรับการพัฒนา TPU ในอนาคต