TPU là một loại elastomer nhiệt dẻo polyurethane, là một đồng trùng hợp khối đa pha bao gồm diisocyanate, polyol và chất kéo dài chuỗi. Là một loại elastomer hiệu suất cao, TPU có nhiều hướng sản phẩm hạ nguồn và được sử dụng rộng rãi trong các nhu yếu phẩm hàng ngày, thiết bị thể thao, đồ chơi, vật liệu trang trí và các lĩnh vực khác, chẳng hạn như vật liệu giày dép, ống mềm, 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, v.v. Với sự bố trí và mở rộng năng lực của các doanh nghiệp trong nước, ngành TPU hiện đang có tính cạnh tranh cao. Tuy nhiên, trong lĩnh vực ứng dụng cao cấp, vẫn dựa vào nhập khẩu, đây cũng là lĩnh vực mà Trung Quốc cần đạt được đột phá. Chúng ta hãy nói về triển vọng thị trường tương lai của sản phẩm TPU.
1. Tạo bọt siêu tới hạn E-TPU
Năm 2012, Adidas và BASF đã hợp tác phát triển thương hiệu giày chạy bộ EnergyBoost, sử dụng TPU xốp (tên thương mại infinergy) làm vật 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 mại tốt trong môi trường dưới 0 ℃, giúp cải thiện sự thoải mái khi mang và được thị trường công nhận rộng rãi.
2. Vật liệu composite TPU cải tiến gia cường 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 nhiệt dẻo có nhiều ưu điểm như mô đun đàn hồi cao, cách nhiệt tốt, khả năng chịu nhiệt mạnh, hiệu suất phục hồi đàn hồi tốt, khả năng chống ăn mòn tốt, khả năng chống va đập, hệ số giãn nở thấp và độ ổn định kích thước.
BASF đã giới thiệu một công nghệ để chế tạo TPU gia cường sợi thủy tinh có mô đun đàn hồi cao bằng cách sử dụng sợi thủy tinh ngắn trong bằng sáng chế của mình. Một TPU có độ cứng Shore D là 83 đã 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 là 52:48 để thu được vật liệu composite có mô đun đàn hồi là 18,3 GPa và cường độ kéo là 244 MPa.
Ngoài sợi thủy tinh, còn có báo cáo về các sản phẩm sử dụng vật liệu composite sợi carbon TPU, 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 sửa đổi chống cháy phản ứng, bao gồm đưa các vật liệu chống cháy như polyol hoặc isocyanat 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 chống cháy phụ gia, bao gồm sử dụng TPU làm chất nền và thêm chất chống cháy để trộn nóng chảy.
Biến 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 giảm và thêm một lượng nhỏ không thể đạt được mức chống cháy cần thiết. Hiện tại, không có sản phẩm chống cháy cao nào có sẵn trên thị trường có thể thực sự đáp ứng được ứng dụng của trạm sạc.
Trước đây Bayer MaterialScience (nay là Kostron) đã từng giới thiệu một loại polyol chứa phốt pho hữu cơ (IHPO) dựa trên oxit phosphine trong một bằng sáng chế. Polyether TPU 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 đùn diễn ra trơn tru và bề mặt sản phẩm cũng trơn tru.
Thêm chất chống cháy không chứa halogen hiện là phương pháp kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất để chế tạo TPU chống cháy không chứa halogen. Nhìn chung, chất chống cháy gốc phốt pho, gốc nitơ, gốc silicon, gốc bo được kết hợp hoặc sử dụng hydroxit kim loại làm chất chống cháy. Do tính dễ cháy vốn có của TPU, lượng chất chống cháy pha vào thường lớn hơn 30% 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 chất nền TPU và các tính chất cơ học của TPU chống cháy không lý tưởng, điều này cũng hạn chế ứng dụng và quảng bá của nó trong các lĩnh vực như ống, màng và cáp.
Bằng sáng chế của BASF giới thiệu công nghệ TPU chống cháy, kết hợp melamine polyphosphate và 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 thấy rằng hiệu suất chống cháy được cải thiện đáng kể trong khi vẫn đạt được độ bền kéo cao.
Để tăng cường thêm độ bền kéo của vật liệu, bằng sáng chế của BASF giới thiệu phương pháp chế tạo hỗn hợp chất tạo liên kết ngang có chứa isocyanat. Thêm 2% hỗn hợp chất tạo liên kết ngang loại này vào thành phần 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 do nhiệt của TPU chống cháy, bằng sáng chế củaCông ty Vật liệu mới Linghuacũng giới thiệu phương pháp sử dụng hydroxit kim loại phủ bề mặt làm chất chống cháy. Để cải thiện khả năng chống thủy phân của TPU chống cháy,Công ty Vật liệu mới Linghuađã giới thiệu kim loại cacbonat trên cơ sở thêm chất chống cháy melamin trong một đơn xin cấp bằng sáng chế khác.
4. TPU cho màng bảo vệ sơn ô tô
Phim bảo vệ sơn xe là một loại phim bảo vệ cách ly bề mặt sơn với không khí sau khi lắp đặt, ngăn ngừa mưa axit, oxy hóa, trầy xước và bảo vệ lâu dài cho bề mặt sơn. Chức năng chính của nó là bảo vệ bề mặt sơn xe sau khi lắp đặt. Phim bảo vệ sơn thường bao gồm ba lớp, với lớp phủ tự phục hồi trên bề mặt, lớp màng polymer ở giữa và lớp keo dính nhạy áp suất acrylic ở lớp dưới cùng. TPU là một trong những vật liệu chính để chế tạo màng polymer trung gian.
Yêu cầu về hiệu suất đối với TPU được sử dụng trong màng bảo vệ sơn như sau: chống trầy xước, độ trong suốt cao (độ truyền sáng> 95%), tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp, chịu nhiệt độ cao, độ bền kéo> 50MPa, độ giãn dài> 400% và phạm vi độ cứng Shore A từ 87-93; Hiệu suất quan trọng nhất là khả năng chống chịu thời tiết, bao gồm khả năng chống lão hóa do tia UV, phân hủy oxy hóa nhiệt và thủy phân.
Các sản phẩm hiện đang được hoàn thiện là TPU aliphatic được chế tạo 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 aliphatic dùng làm màng bọc xe hơi có thể duy trì hệ số ngả vàng mà không có thay đổi đáng kể trong cùng điều kiện.
Poly (ε – caprolactone) TPU có hiệu suất cân bằng hơn so với polyether và polyester TPU. Một mặt, nó có thể thể hiện khả năng chống rách tuyệt vời của polyester TPU thông thường, mặt khác, nó cũng thể hiện khả năng biến dạng vĩnh viễn nén thấp và hiệu suất phục hồi cao vượt trội của polyether TPU, do đó được sử dụng rộng rãi trên thị trường.
Do các yêu cầu khác nhau về hiệu quả chi phí 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, polyether hoặc polyester thông thường H12MDI aliphatic TPU cũng có cơ hội được ứng dụng vào màng bảo vệ sơn trong tương lai.
5. TPU sinh học
Phương pháp phổ biến để chế tạo TPU sinh học là đưa các monome hoặc chất trung gian sinh học vào quá trình trùng hợp, chẳng hạn như isocyanat sinh học (như MDI, PDI), polyol sinh học, v.v. Trong số đó, isocyanat sinh học tương đối hiếm trên thị trường, trong khi polyol sinh học phổ biến hơn.
Về isocyanat có nguồn gốc 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% có nguồn gốc sinh học bằng cách sử dụng PDI có nguồn gốc sinh học làm từ thân cây ngô.
Về polyol sinh học, bao gồm polytetrafluoroethylene (PTMEG) sinh học, 1,4-butanediol (BDO) sinh học, 1,3-propanediol (PDO) sinh học, polyol polyester sinh học, polyol polyether sinh học, v.v.
Hiện nay, nhiều nhà sản xuất TPU đã tung ra TPU sinh học, có hiệu suất tương đương với TPU hóa dầu truyền thống. Sự khác biệt chính giữa các TPU sinh học này nằm ở mức độ hàm lượng sinh học, thường dao động từ 30% đến 40%, thậm chí một số còn đạt mức cao hơn. So với TPU hóa dầu truyền thống, TPU sinh học có những ưu điểm như giảm phát thải carbon, tái tạo nguyên liệu thô bền vững, sản xuất xanh và bảo tồn tài nguyên. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical vàVật liệu mới Linghuađã cho ra mắt thương hiệu TPU sinh học của mình và việc giảm thiểu carbon và tính bền vững cũng là những hướng đi chính cho sự phát triển của TPU trong tương lai.
Thời gian đăng: 09-08-2024