TPU adalah elastomer termoplastik poliuretan, yang merupakan kopolimer blok multifase yang terdiri dari diisosianat, poliol, dan pemanjang rantai. Sebagai elastomer berkinerja tinggi, TPU memiliki beragam pilihan produk hilir dan banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, peralatan olahraga, mainan, bahan dekoratif, dan bidang lainnya, seperti bahan sepatu, selang, kabel, alat kesehatan, dll.
Saat ini, produsen bahan baku TPU utama meliputi BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Bahan Baru Linghua, dan sebagainya. Dengan tata letak dan perluasan kapasitas perusahaan domestik, industri TPU saat ini sangat kompetitif. Namun, di bidang aplikasi kelas atas, industri ini masih bergantung pada impor, yang juga merupakan area yang perlu ditembus oleh Tiongkok. Mari kita bahas prospek pasar produk TPU di masa depan.
1. Busa superkritis E-TPU
Pada tahun 2012, Adidas dan BASF bersama-sama mengembangkan merek sepatu lari EnergyBoost, yang menggunakan TPU berbusa (nama dagang infinergy) sebagai bahan midsole. Berkat penggunaan TPU polieter dengan kekerasan Shore A 80-85 sebagai substrat, dibandingkan dengan midsole EVA, midsole TPU berbusa tetap dapat mempertahankan elastisitas dan kelembutan yang baik di lingkungan di bawah 0 ℃, yang meningkatkan kenyamanan pemakaian dan telah diakui secara luas di pasaran.
2. Bahan komposit TPU modifikasi yang diperkuat serat
TPU memiliki ketahanan benturan yang baik, tetapi dalam beberapa aplikasi, modulus elastisitas tinggi dan material yang sangat keras diperlukan. Modifikasi penguatan serat kaca merupakan teknik yang umum digunakan untuk meningkatkan modulus elastisitas material. Melalui modifikasi, material komposit termoplastik dengan banyak keunggulan seperti modulus elastisitas tinggi, insulasi yang baik, ketahanan panas yang kuat, kinerja pemulihan elastisitas yang baik, ketahanan korosi yang baik, ketahanan benturan, koefisien muai rendah, dan stabilitas dimensi dapat diperoleh.
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 politetrafluoroetilen glikol (PTMEG, Mn=1000), MDI, dan 1,4-butanadiol (BDO) dengan 1,3-propanadiol sebagai bahan baku. TPU ini dikomponkan dengan serat kaca dengan rasio massa 52:48 untuk menghasilkan material komposit dengan modulus elastisitas 18,3 GPa dan kekuatan tarik 244 MPa.
Selain serat kaca, ada juga laporan produk yang menggunakan komposit serat karbon TPU, seperti papan komposit serat karbon/TPU Maezio Covestro, yang memiliki modulus elastisitas hingga 100GPa dan kepadatan lebih rendah daripada logam.
3. TPU tahan api bebas halogen
TPU memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi, ketahanan aus yang sangat baik, dan sifat-sifat lainnya, menjadikannya material selubung yang sangat cocok untuk kawat dan kabel. Namun, dalam aplikasi seperti stasiun pengisian daya, diperlukan ketahanan api yang lebih tinggi. Umumnya terdapat dua cara untuk meningkatkan kinerja ketahanan api TPU. Pertama, modifikasi ketahanan api reaktif, yang melibatkan penambahan material ketahanan api seperti poliol atau isosianat yang mengandung fosfor, nitrogen, dan unsur-unsur lain ke dalam sintesis TPU melalui ikatan kimia; kedua, modifikasi ketahanan api aditif, yang melibatkan penggunaan TPU sebagai substrat dan penambahan penghambat api untuk pencampuran lelehan.
Modifikasi reaktif dapat mengubah struktur TPU, tetapi ketika jumlah aditif penghambat api terlalu banyak, kekuatan TPU menurun, kinerja pemrosesan menurun, dan penambahan sedikit saja tidak dapat mencapai tingkat penghambat api yang dibutuhkan. Saat ini, belum ada produk penghambat api tinggi yang tersedia secara komersial yang benar-benar dapat memenuhi kebutuhan aplikasi stasiun pengisian daya.
Mantan Bayer MaterialScience (sekarang Kostron) pernah memperkenalkan poliol organik yang mengandung fosfor (IHPO) berbasis fosfin oksida dalam sebuah paten. Polieter TPU yang disintesis dari IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI, dan BDO menunjukkan ketahanan api dan sifat mekanis yang sangat baik. Proses ekstrusinya halus, dan permukaan produknya pun halus.
Penambahan penghambat api bebas halogen saat ini merupakan metode teknis yang paling umum digunakan untuk menyiapkan TPU penghambat api bebas halogen. Umumnya, penghambat api berbasis fosfor, nitrogen, silikon, dan boron dikomponkan atau hidroksida logam digunakan sebagai penghambat api. Karena sifat TPU yang mudah terbakar, penambahan penghambat api lebih dari 30% seringkali diperlukan untuk membentuk lapisan penghambat api yang stabil selama pembakaran. Namun, ketika jumlah penghambat api yang ditambahkan besar, penghambat api akan terdispersi tidak merata di dalam substrat TPU, dan sifat mekanis TPU penghambat api menjadi tidak ideal, yang juga membatasi aplikasi dan promosinya di bidang-bidang seperti selang, film, dan kabel.
Paten BASF memperkenalkan teknologi TPU tahan api, yang memadukan melamin polifosfat dan turunan asam fosfinat yang mengandung fosfor sebagai penghambat api dengan TPU dengan berat molekul rata-rata lebih dari 150 kDa. Hasilnya menunjukkan peningkatan kinerja penghambat api yang signifikan sekaligus mencapai kekuatan tarik yang tinggi.
Untuk lebih meningkatkan kekuatan tarik material, paten BASF memperkenalkan metode untuk menyiapkan masterbatch agen pengikat silang yang mengandung isosianat. Penambahan 2% masterbatch jenis ini ke dalam komposisi yang memenuhi persyaratan penghambat api UL94V-0 dapat meningkatkan kekuatan tarik material dari 35MPa menjadi 40MPa dengan tetap mempertahankan kinerja penghambat api V-0.
Untuk meningkatkan ketahanan penuaan panas TPU tahan api, patenPerusahaan Material Baru Linghuajuga memperkenalkan metode penggunaan hidroksida logam berlapis permukaan sebagai penghambat api. Untuk meningkatkan ketahanan hidrolisis TPU penghambat api,Perusahaan Material Baru Linghuamemperkenalkan logam karbonat berdasarkan penambahan melamin penghambat api dalam aplikasi paten lainnya.
4. TPU untuk film pelindung cat otomotif
Film pelindung cat mobil adalah film pelindung yang mengisolasi permukaan cat dari udara setelah pemasangan, mencegah hujan asam, oksidasi, goresan, dan memberikan perlindungan jangka panjang pada permukaan cat. Fungsi utamanya adalah melindungi permukaan cat mobil setelah pemasangan. Film pelindung cat umumnya terdiri dari tiga lapisan, dengan lapisan self-healing di permukaan, lapisan polimer di tengah, dan perekat akrilik bertekanan sensitif di lapisan bawah. TPU merupakan salah satu bahan utama untuk pembuatan film polimer antara.
Persyaratan kinerja untuk 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 rentang kekerasan Shore A 87-93; Kinerja yang paling penting adalah tahan cuaca, yang mencakup tahan terhadap penuaan UV, degradasi oksidatif termal, dan hidrolisis.
Produk yang saat ini sedang matang adalah TPU alifatik yang dibuat dari disikloheksil diisosianat (H12MDI) dan polikaprolakton diol sebagai bahan baku. TPU aromatik biasa terlihat menguning setelah satu hari penyinaran UV, sementara TPU alifatik yang digunakan untuk film pembungkus mobil dapat mempertahankan koefisien kekuningannya tanpa perubahan signifikan dalam kondisi yang sama.
TPU poli (ε – kaprolakton) memiliki kinerja yang lebih seimbang dibandingkan TPU polieter dan poliester. Di satu sisi, TPU ini dapat menunjukkan ketahanan sobek yang sangat baik dibandingkan TPU poliester biasa, sementara di sisi lain, TPU ini juga menunjukkan deformasi permanen dengan kompresi rendah dan kinerja pantulan tinggi yang luar biasa dibandingkan TPU polieter, sehingga banyak digunakan di pasaran.
Karena adanya persyaratan yang berbeda terhadap efektivitas biaya produk setelah segmentasi pasar, dengan peningkatan teknologi pelapisan permukaan dan kemampuan penyesuaian formula perekat, ada pula peluang bagi polieter atau poliester biasa H12MDI alifatik TPU untuk diaplikasikan pada film pelindung cat di masa mendatang.
5. TPU berbasis hayati
Metode umum untuk menyiapkan TPU berbasis bio adalah dengan memasukkan monomer atau zat antara berbasis bio selama proses polimerisasi, seperti isocyanate berbasis bio (seperti MDI, PDI), poliol berbasis bio, dll. Di antara semua itu, isocyanate berbasis bio relatif jarang di pasaran, sementara poliol berbasis bio lebih umum.
Terkait isosianat berbasis hayati, sejak tahun 2000, BASF, Covestro, dan lainnya telah menginvestasikan banyak upaya dalam penelitian PDI, dan batch pertama produk PDI dipasarkan pada tahun 2015-2016. Wanhua Chemical telah mengembangkan produk TPU berbasis hayati 100% menggunakan PDI berbasis hayati yang terbuat dari jerami jagung.
Dalam hal poliol berbasis hayati, meliputi politetrafluoroetilena (PTMEG) berbasis hayati, 1,4-butanadiol (BDO) berbasis hayati, 1,3-propanadiol (PDO) berbasis hayati, poliol poliester berbasis hayati, polieter poliol hayati, dan lain-lain.
Saat ini, banyak 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 kandungan 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 mengurangi emisi karbon, regenerasi bahan baku yang berkelanjutan, produksi ramah lingkungan, dan konservasi sumber daya. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical, danBahan Baru Linghuatelah meluncurkan merek TPU berbasis bio, dan pengurangan karbon serta keberlanjutan juga merupakan arah utama pengembangan TPU di masa mendatang.
Waktu posting: 09-Agu-2024