TPU adalah elastomer termoplastik poliuretan, yang merupakan kopolimer blok multifasa yang terdiri dari diisosianat, poliol, dan pemanjang rantai. Sebagai elastomer berkinerja tinggi, TPU memiliki beragam arah produk hilir dan banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, peralatan olahraga, mainan, bahan dekoratif, dan bidang lainnya, seperti bahan sepatu, selang, kabel, peralatan medis, dll.
Saat ini, produsen bahan baku TPU utama meliputi BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Bahan Baru Linghua, dan seterusnya. Dengan tata letak dan perluasan kapasitas perusahaan dalam negeri, industri TPU saat ini sangat kompetitif. Namun, dalam bidang aplikasi kelas atas, Tiongkok masih bergantung pada impor, yang juga merupakan bidang yang perlu dilakukan terobosan oleh Tiongkok. Mari kita bicara tentang prospek pasar produk TPU di masa depan.
1. E-TPU berbusa superkritis
Pada tahun 2012, Adidas dan BASF bersama-sama mengembangkan merek sepatu lari EnergyBoost, yang menggunakan bahan midsole TPU berbusa (nama dagang infinergy). Karena penggunaan TPU polieter dengan kekerasan Shore A 80-85 sebagai substrat, dibandingkan dengan sol tengah EVA, sol tengah TPU berbusa masih dapat mempertahankan elastisitas dan kelembutan yang baik di lingkungan di bawah 0 ℃, yang meningkatkan kenyamanan pemakaian dan diakui secara luas di pasar.
2. Bahan komposit TPU yang dimodifikasi diperkuat serat
TPU memiliki ketahanan benturan yang baik, namun dalam beberapa aplikasi, diperlukan modulus elastisitas yang tinggi dan material yang sangat keras. Modifikasi perkuatan serat kaca merupakan teknik yang umum digunakan untuk meningkatkan modulus elastisitas material. Melalui modifikasi, dapat diperoleh material komposit termoplastik dengan banyak keunggulan seperti modulus elastisitas tinggi, insulasi yang baik, ketahanan panas yang kuat, kinerja pemulihan elastis yang baik, ketahanan korosi yang baik, ketahanan benturan, koefisien muai rendah, dan stabilitas dimensi.
BASF telah memperkenalkan teknologi untuk menyiapkan TPU yang diperkuat fiberglass modulus tinggi menggunakan serat kaca pendek dalam patennya. TPU dengan kekerasan Shore D 83 disintesis dengan mencampurkan polytetrafluoroethylene glikol (PTMEG, Mn=1000), MDI, dan 1,4-butanediol (BDO) dengan 1,3-propanediol sebagai bahan baku. TPU ini dikompilasi dengan serat kaca dengan perbandingan massa 52:48 sehingga diperoleh material komposit dengan modulus elastisitas 18,3 GPa dan kuat tarik 244 MPa.
Selain serat kaca, ada juga laporan produk yang menggunakan TPU komposit serat karbon, seperti papan komposit serat karbon/TPU Maezio milik Covestro, yang memiliki modulus elastisitas hingga 100GPa dan kepadatan lebih rendah dibandingkan logam.
3. TPU tahan api bebas halogen
TPU memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi, ketahanan aus yang sangat baik, dan sifat lainnya, menjadikannya bahan selubung yang sangat cocok untuk kabel dan kabel. Namun dalam bidang aplikasi seperti stasiun pengisian daya, diperlukan ketahanan api yang lebih tinggi. Secara umum ada dua cara untuk meningkatkan kinerja TPU tahan api. Salah satunya adalah modifikasi tahan api reaktif, yang melibatkan pemasukan bahan tahan api seperti poliol atau isosianat yang mengandung fosfor, nitrogen, dan elemen lain ke dalam sintesis TPU melalui ikatan kimia; Yang kedua adalah modifikasi aditif tahan api, yang melibatkan penggunaan TPU sebagai substrat dan penambahan bahan tahan api untuk pencampuran lelehan.
Modifikasi reaktif dapat mengubah struktur TPU, tetapi jika jumlah aditif penghambat api banyak, kekuatan TPU menurun, kinerja pemrosesan menurun, dan penambahan sejumlah kecil tidak dapat mencapai tingkat penghambat api yang diperlukan. Saat ini, belum ada produk tahan api tinggi yang tersedia secara komersial yang benar-benar dapat memenuhi penerapan stasiun pengisian daya.
Mantan Bayer MaterialScience (sekarang Kostron) pernah memperkenalkan fosfor organik yang mengandung poliol (IHPO) berdasarkan fosfin oksida dalam sebuah paten. TPU polieter yang disintesis dari IHPO, PTMEG-1000, 4,4' - MDI, dan BDO menunjukkan ketahanan api dan sifat mekanik yang sangat baik. Proses ekstrusinya halus, dan permukaan produknya halus.
Menambahkan bahan tahan api bebas halogen saat ini merupakan jalur teknis yang paling umum digunakan untuk menyiapkan TPU tahan api bebas halogen. Umumnya, penghambat api berbahan dasar fosfor, berbahan dasar nitrogen, berbahan dasar silikon, berbahan dasar boron diperparah atau hidroksida logam digunakan sebagai penghambat api. Karena sifat mudah terbakar yang melekat pada TPU, jumlah pengisian tahan api lebih dari 30% sering kali diperlukan untuk membentuk lapisan tahan api yang stabil selama pembakaran. Namun, jika jumlah bahan tahan api yang ditambahkan banyak, bahan tahan api tersebut tersebar secara tidak merata di substrat TPU, dan sifat mekanik TPU tahan api tidak ideal, yang juga membatasi penerapan dan promosinya di bidang seperti selang, film. , dan kabel.
Paten BASF memperkenalkan teknologi TPU tahan api, yang memadukan melamin polifosfat dan turunan asam fosfat yang mengandung fosfor sebagai penghambat api dengan TPU dengan berat molekul rata-rata lebih besar dari 150kDa. Ditemukan bahwa kinerja tahan api meningkat secara signifikan sekaligus mencapai kekuatan tarik tinggi.
Untuk lebih meningkatkan kekuatan tarik material, paten BASF memperkenalkan metode untuk menyiapkan masterbatch agen pengikat silang yang mengandung isosianat. Menambahkan 2% masterbatch jenis ini ke komposisi yang memenuhi persyaratan tahan api UL94V-0 dapat meningkatkan kekuatan tarik material dari 35MPa menjadi 40MPa sekaligus mempertahankan kinerja tahan api V-0.
Untuk meningkatkan ketahanan penuaan panas dari TPU tahan api, paten dariPerusahaan Material Baru Linghuajuga memperkenalkan metode penggunaan hidroksida logam berlapis permukaan sebagai penghambat api. Untuk meningkatkan ketahanan hidrolisis TPU tahan api,Perusahaan Material Baru Linghuamemperkenalkan logam karbonat berdasarkan penambahan penghambat api melamin dalam permohonan paten lainnya.
4. TPU untuk film pelindung cat otomotif
Film pelindung cat mobil merupakan lapisan pelindung yang mengisolasi permukaan cat dari udara setelah pemasangan, mencegah hujan asam, oksidasi, goresan, serta memberikan perlindungan jangka panjang pada permukaan cat. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi permukaan cat mobil setelah pemasangan. Film pelindung cat umumnya terdiri dari tiga lapisan, dengan lapisan penyembuhan otomatis di permukaan, film polimer di tengah, dan perekat akrilik yang peka terhadap tekanan di lapisan bawah. TPU adalah salah satu bahan utama untuk pembuatan film polimer perantara.
Persyaratan kinerja TPU yang digunakan dalam film pelindung cat adalah sebagai berikut: tahan gores, transparansi tinggi (transmisi cahaya>95%), fleksibilitas suhu rendah, tahan suhu tinggi, kekuatan tarik>50MPa, perpanjangan>400%, dan Shore A kisaran kekerasan 87-93; Kinerja yang paling penting adalah ketahanan terhadap cuaca, yang mencakup ketahanan terhadap penuaan UV, degradasi oksidatif termal, dan hidrolisis.
Produk yang matang saat ini adalah TPU alifatik yang dibuat dari disikloheksil diisosianat (H12MDI) dan polikaprolakton diol sebagai bahan baku. TPU aromatik biasa tampak berubah menjadi kuning setelah satu hari penyinaran UV, sedangkan TPU alifatik yang digunakan untuk film pembungkus mobil dapat mempertahankan koefisien menguningnya tanpa perubahan signifikan dalam kondisi yang sama.
TPU Poli (ε – kaprolakton) memiliki kinerja yang lebih seimbang dibandingkan dengan TPU polieter dan poliester. Di satu sisi, ia dapat menunjukkan ketahanan sobek yang sangat baik dari TPU poliester biasa, sementara di sisi lain, ia juga menunjukkan deformasi permanen kompresi rendah yang luar biasa dan kinerja pantulan tinggi dari TPU polieter, sehingga banyak digunakan di pasar.
Karena persyaratan yang berbeda untuk efektivitas biaya produk setelah segmentasi pasar, dengan peningkatan teknologi pelapisan permukaan dan kemampuan penyesuaian formula perekat, ada juga peluang untuk polieter atau poliester biasa H12MDI alifatik TPU untuk diterapkan pada film pelindung cat di masa depan.
5. TPU berbasis hayati
Metode umum untuk menyiapkan TPU berbasis bio adalah dengan memasukkan monomer atau zat antara berbasis bio selama proses polimerisasi, seperti isosianat berbasis bio (seperti MDI, PDI), poliol berbasis bio, dll. Diantaranya, isosianat berbasis bio relatif jarang ditemukan di dunia. pasar, sementara poliol berbasis biolebih umum.
Dalam hal isosianat berbasis bio, sejak tahun 2000, BASF, Covestro, dan lainnya telah menginvestasikan banyak upaya dalam penelitian PDI, dan produk PDI batch pertama dipasarkan pada tahun 2015-2016. Wanhua Chemical telah mengembangkan 100% produk TPU berbasis bio menggunakan PDI berbasis bio yang terbuat dari brangkasan jagung.
Dalam hal poliol berbasis bio, termasuk polytetrafluoroethylene (PTMEG) berbasis bio, 1,4-butanediol (BDO) berbasis bio, 1,3-propanediol (PDO) berbasis bio, poliol poliester berbasis bio, poliol polieter berbasis bio, dll.
Saat ini, beberapa produsen TPU telah meluncurkan TPU berbasis bio, yang kinerjanya sebanding dengan TPU berbasis petrokimia tradisional. Perbedaan utama antara TPU berbasis bio ini terletak pada tingkat konten berbasis bio, umumnya berkisar antara 30% hingga 40%, bahkan ada yang mencapai tingkat yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan TPU berbasis petrokimia tradisional, TPU berbasis bio memiliki keunggulan seperti pengurangan emisi karbon, regenerasi bahan baku berkelanjutan, produksi ramah lingkungan, dan konservasi sumber daya. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Kimia, danBahan Baru Linghuatelah meluncurkan merek TPU berbasis bio, dan pengurangan karbon serta keberlanjutan juga merupakan arah utama pengembangan TPU di masa depan.
Waktu posting: 09 Agustus 2024