TPU là một chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo polyurethane, là một chất đồng trùng hợp khối nhiều pha bao gồm diisocyanate, polyol và chất mở rộng chuỗi. Là chất đàn hồi hiệu suất cao, TPU có nhiều hướng sản phẩm hạ nguồn và được sử dụng rộng rãi trong nhu cầu thiết yếu hàng ngày, thiết bị thể thao, đồ chơi, vật liệu trang trí và các lĩnh vực khác, chẳng hạn như vật liệu giày, ống mềm, dây cáp, thiết bị y tế, v.v.
Hiện nay, các nhà sản xuất nguyên liệu thô TPU chính bao gồm BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Vật liệu mới Linghua, vân vân. Với sự bố trí và mở rộng công suất của các doanh nghiệp trong nước, ngành TPU hiện có tính cạnh tranh rất cao. Tuy nhiên, trong lĩnh vực ứng dụng cao cấp vẫn phụ thuộc vào nhập khẩu, đây cũng là lĩnh vực mà Trung Quốc cần đạt được những đột phá. Hãy nói về triển vọng thị trường trong tương lai của các sản phẩm TPU.
1. E-TPU tạo bọt siêu tới hạn
Vào năm 2012, Adidas và BASF đã cùng phát triển thương hiệu giày chạy bộ EnergyBoost, sử dụng TPU xốp (tên thương mại là infinergy) làm chất liệu đế giữa. Do sử dụng polyether TPU có độ cứng Shore A là 80-85 làm chất nền, so với đế giữa EVA, đế giữa TPU xốp vẫn có thể duy trì độ đàn hồi và độ mềm tốt trong môi trường dưới 0oC, giúp cải thiện sự thoải mái khi đeo và được công nhận rộng rãi ở thị trường.
2. Vật liệu composite TPU biến tính được gia cố bằng sợi
TPU có khả năng chống va đập tốt, nhưng trong một số ứng dụng, cần có mô đun đàn hồi cao và vật liệu rất cứng. Sửa đổi cốt sợi thủy tinh là một kỹ thuật thường được sử dụng để tăng mô đun đàn hồi của vật liệu. Thông qua sửa đổi, có thể thu được vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo với nhiều ưu điểm như mô đun đàn hồi cao, cách nhiệt tốt, chịu nhiệt mạnh, hiệu suất phục hồi đàn hồi tốt, chống ăn mòn tốt, chống va đập, hệ số giãn nở thấp và ổn định kích thước.
BASF đã giới thiệu công nghệ chế tạo TPU gia cố bằng sợi thủy tinh mô đun cao sử dụng sợi thủy tinh ngắn trong bằng sáng chế của mình. TPU có độ cứng Shore D là 83 được tổng hợp bằng cách trộn polytetrafluoroethylene glycol (PTMEG, Mn=1000), MDI và 1,4-butanediol (BDO) với 1,3-propanediol làm nguyên liệu thô. TPU này được kết hợp với sợi thủy tinh theo tỷ lệ khối lượng 52:48 để thu được vật liệu tổng hợp có mô đun đàn hồi 18,3 GPa và độ bền kéo là 244 MPa.
Ngoài sợi thủy tinh, cũng có báo cáo về các sản phẩm sử dụng TPU tổng hợp sợi carbon, chẳng hạn như tấm composite sợi carbon/TPU Maezio của Covestro, có mô đun đàn hồi lên tới 100GPa và mật độ thấp hơn kim loại.
3. TPU chống cháy không chứa halogen
TPU có độ bền cao, độ dẻo dai cao, khả năng chống mài mòn tuyệt vời và các đặc tính khác, khiến nó trở thành vật liệu vỏ bọc rất phù hợp cho dây và cáp. Nhưng trong các lĩnh vực ứng dụng như trạm sạc, yêu cầu khả năng chống cháy cao hơn. Nhìn chung có hai cách để cải thiện hiệu suất chống cháy của TPU. Một là cải tiến chất chống cháy phản ứng, bao gồm việc đưa các vật liệu chống cháy như polyol hoặc isocyanate có chứa phốt pho, nitơ và các nguyên tố khác vào quá trình tổng hợp TPU thông qua liên kết hóa học; Thứ hai là sửa đổi chất chống cháy phụ gia, bao gồm việc sử dụng TPU làm chất nền và thêm chất chống cháy để trộn nóng chảy.
Sửa đổi phản ứng có thể thay đổi cấu trúc của TPU, nhưng khi lượng chất chống cháy phụ gia lớn, độ bền của TPU giảm, hiệu suất xử lý kém và thêm một lượng nhỏ không thể đạt được mức độ chống cháy cần thiết. Hiện nay trên thị trường chưa có sản phẩm chống cháy cao nào có thể thực sự đáp ứng được ứng dụng của các trạm sạc.
Bayer MaterialScience trước đây (nay là Kostron) đã từng giới thiệu một loại phốt pho hữu cơ chứa polyol (IHPO) dựa trên oxit phosphine trong một bằng sáng chế. TPU polyether được tổng hợp từ IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI và BDO thể hiện khả năng chống cháy và tính chất cơ học tuyệt vời. Quá trình ép đùn diễn ra suôn sẻ và bề mặt sản phẩm mịn màng.
Thêm chất chống cháy không chứa halogen hiện là phương pháp kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất để điều chế TPU chống cháy không chứa halogen. Thông thường, chất chống cháy gốc phốt pho, gốc nitơ, gốc silicon, gốc boron được kết hợp hoặc hydroxit kim loại được sử dụng làm chất chống cháy. Do tính dễ cháy vốn có của TPU, nên lượng chất chống cháy trên 30% thường được yêu cầu để tạo thành lớp chống cháy ổn định trong quá trình đốt cháy. Tuy nhiên, khi lượng chất chống cháy được thêm vào lớn, chất chống cháy phân tán không đều trong nền TPU và tính chất cơ học của TPU chống cháy không lý tưởng, điều này cũng hạn chế ứng dụng và phát huy của nó trong các lĩnh vực như ống mềm, màng , và cáp.
Bằng sáng chế của BASF giới thiệu công nghệ TPU chống cháy, pha trộn melamine polyphosphate và một dẫn xuất chứa phốt pho của axit phosphinic làm chất chống cháy với TPU có trọng lượng phân tử trung bình lớn hơn 150kDa. Người ta nhận thấy rằng hiệu suất chống cháy được cải thiện đáng kể đồng thời đạt được độ bền kéo cao.
Để nâng cao hơn nữa độ bền kéo của vật liệu, bằng sáng chế của BASF giới thiệu phương pháp chuẩn bị masterbatch tác nhân liên kết ngang có chứa isocyanate. Thêm 2% loại masterbatch này vào chế phẩm đáp ứng yêu cầu chống cháy UL94V-0 có thể tăng độ bền kéo của vật liệu từ 35MPa lên 40MPa trong khi vẫn duy trì hiệu suất chống cháy V-0.
Để cải thiện khả năng chống lão hóa nhiệt của TPU chống cháy, bằng sáng chế củaCông ty vật liệu mới Linghuacũng giới thiệu phương pháp sử dụng hydroxit kim loại được phủ bề mặt làm chất chống cháy. Để cải thiện khả năng chống thủy phân của TPU chống cháy,Công ty vật liệu mới Linghuagiới thiệu kim loại cacbonat trên cơ sở bổ sung chất chống cháy melamine trong một đơn xin cấp bằng sáng chế khác.
4. TPU cho màng bảo vệ sơn ô tô
Phim bảo vệ sơn ô tô là màng bảo vệ có tác dụng cách ly bề mặt sơn với không khí sau khi lắp đặt, ngăn ngừa mưa axit, oxy hóa, trầy xước, mang lại sự bảo vệ lâu dài cho bề mặt sơn. Chức năng chính của nó là bảo vệ bề mặt sơn xe sau khi lắp đặt. Màng bảo vệ sơn thường bao gồm ba lớp, trên bề mặt có lớp phủ tự phục hồi, màng polyme ở giữa và lớp dưới cùng là lớp keo dính nhạy áp lực acrylic. TPU là một trong những vật liệu chính để chế tạo màng polyme trung gian.
Các yêu cầu về hiệu suất của TPU được sử dụng trong màng bảo vệ sơn như sau: khả năng chống trầy xước, độ trong suốt cao (độ truyền ánh sáng> 95%), độ linh hoạt ở nhiệt độ thấp, khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền kéo> 50MPa, độ giãn dài> 400% và Shore A phạm vi độ cứng 87-93; Hiệu suất quan trọng nhất là khả năng chống chịu thời tiết, bao gồm khả năng chống lão hóa tia cực tím, suy thoái oxy hóa nhiệt và thủy phân.
Các sản phẩm hiện đang trưởng thành là TPU béo được điều chế từ dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) và polycaprolactone diol làm nguyên liệu thô. TPU thơm thông thường chuyển sang màu vàng rõ rệt sau một ngày chiếu tia UV, trong khi TPU béo được sử dụng cho màng bọc ô tô có thể duy trì hệ số ố vàng mà không có thay đổi đáng kể trong cùng điều kiện.
Poly (ε – caprolactone) TPU có hiệu suất cân bằng hơn so với TPU polyether và polyester. Một mặt, nó có thể thể hiện khả năng chống rách tuyệt vời của TPU polyester thông thường, mặt khác, nó cũng thể hiện khả năng biến dạng vĩnh viễn do nén thấp vượt trội và hiệu suất phục hồi cao của TPU polyether, do đó được sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Do các yêu cầu khác nhau về hiệu quả chi phí của sản phẩm sau khi phân khúc thị trường, với sự cải tiến của công nghệ phủ bề mặt và khả năng điều chỉnh công thức kết dính, cũng có cơ hội cho TPU aliphatic polyether hoặc polyester H12MDI thông thường được áp dụng cho màng bảo vệ sơn trong tương lai.
5. TPU sinh học
Phương pháp phổ biến để điều chế TPU dựa trên sinh học là đưa vào các monome hoặc chất trung gian dựa trên sinh học trong quá trình trùng hợp, chẳng hạn như isocyanate dựa trên sinh học (như MDI, PDI), polyol dựa trên sinh học, v.v. Trong số đó, isocyanate dựa trên sinh học tương đối hiếm ở thị trường, trong khi polyol sinh học phổ biến hơn.
Về mặt isocyanate sinh học, ngay từ năm 2000, BASF, Covestro và các công ty khác đã đầu tư rất nhiều công sức vào nghiên cứu PDI và lô sản phẩm PDI đầu tiên đã được đưa ra thị trường vào năm 2015-2016. Wanhua Chemical đã phát triển các sản phẩm TPU 100% sinh học sử dụng PDI sinh học làm từ thân cây ngô.
Về mặt polyol gốc sinh học, nó bao gồm polytetrafluoroethylene gốc sinh học (PTMEG), 1,4-butanediol gốc sinh học (BDO), 1,3-propanediol gốc sinh học (PDO), polyol polyester gốc sinh học, polyol polyether gốc sinh học, v.v.
Hiện tại, nhiều nhà sản xuất TPU đã tung ra TPU gốc sinh học, có hiệu suất tương đương với TPU gốc hóa dầu truyền thống. Sự khác biệt chính giữa các TPU dựa trên sinh học này nằm ở mức hàm lượng dựa trên sinh học, thường dao động từ 30% đến 40%, một số thậm chí còn đạt được mức cao hơn. So với TPU gốc hóa dầu truyền thống, TPU gốc sinh học có những ưu điểm như giảm lượng khí thải carbon, tái tạo nguyên liệu thô bền vững, sản xuất xanh và bảo tồn tài nguyên. BASF, Covestro, Lubrizol, Hóa chất Wanhua vàVật liệu mới Linghuađã cho ra mắt thương hiệu TPU dựa trên sinh học, việc giảm lượng carbon và tính bền vững cũng là những hướng đi chính để phát triển TPU trong tương lai.
Thời gian đăng: 09-08-2024