TPU adalah elastomer termoplastik poliuretan, yang merupakan kopolimer blok multifase yang terdiri dari diisosianat, poliol, dan pemanjang rantai. Sebagai elastomer berkinerja tinggi, TPU memiliki berbagai macam arah 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 Linghuadan seterusnya. Dengan tata letak dan perluasan kapasitas perusahaan domestik, industri TPU saat ini sangat kompetitif. Namun, di bidang aplikasi kelas atas, masih bergantung pada impor, yang juga merupakan area yang perlu ditingkatkan oleh China. Mari kita bahas 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 TPU berbusa (nama dagang infinergy) sebagai bahan sol tengah. Karena penggunaan polieter TPU 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 pasaran.
2. Material komposit TPU modifikasi yang diperkuat serat
TPU memiliki ketahanan benturan yang baik, tetapi dalam beberapa aplikasi, dibutuhkan modulus elastisitas tinggi dan material yang sangat keras. Modifikasi dengan penguatan serat kaca adalah teknik yang umum digunakan untuk meningkatkan modulus elastisitas material. Melalui modifikasi ini, dapat diperoleh material komposit termoplastik dengan banyak keunggulan seperti modulus elastisitas tinggi, isolasi yang baik, ketahanan panas yang kuat, kinerja pemulihan elastis yang baik, ketahanan korosi yang baik, ketahanan benturan, koefisien ekspansi rendah, dan stabilitas dimensi.
BASF telah memperkenalkan teknologi untuk menyiapkan TPU yang diperkuat serat kaca modulus tinggi menggunakan serat pendek kaca dalam patennya. TPU dengan kekerasan Shore D 83 disintesis dengan mencampur politetrafluoroetilena glikol (PTMEG, Mn=1000), MDI, dan 1,4-butanediol (BDO) dengan 1,3-propanediol sebagai bahan baku. TPU ini dicampur dengan serat kaca dengan rasio massa 52:48 untuk mendapatkan 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 dari Covestro, yang memiliki modulus elastisitas hingga 100 GPa 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 bahan selubung yang sangat cocok untuk kawat dan kabel. Namun, di bidang aplikasi seperti stasiun pengisian daya, dibutuhkan ketahanan api yang lebih tinggi. Secara umum, ada dua cara untuk meningkatkan kinerja tahan api TPU. Pertama adalah modifikasi tahan api reaktif, yang melibatkan pengenalan bahan tahan api seperti poliol atau isosianat yang mengandung fosfor, nitrogen, dan unsur lainnya ke dalam sintesis TPU melalui ikatan kimia; kedua adalah modifikasi tahan api aditif, yang melibatkan penggunaan TPU sebagai substrat dan menambahkan bahan tahan api untuk pencampuran leleh.
Modifikasi reaktif dapat mengubah struktur TPU, tetapi ketika jumlah aditif penghambat api besar, kekuatan TPU menurun, kinerja pemrosesan memburuk, dan penambahan dalam jumlah kecil 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 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 mekanik yang sangat baik. Proses ekstrusinya lancar, dan permukaan produknya halus.
Penambahan bahan penghambat api bebas halogen saat ini merupakan jalur teknis yang paling umum digunakan untuk menyiapkan TPU penghambat api bebas halogen. Umumnya, penghambat api berbasis fosfor, berbasis nitrogen, berbasis silikon, berbasis boron dicampurkan atau hidroksida logam digunakan sebagai penghambat api. Karena sifat mudah terbakar TPU, jumlah pengisi 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 tidak tersebar merata dalam substrat TPU, dan sifat mekanik TPU penghambat api tidak ideal, yang juga membatasi aplikasi dan promosinya di 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 bahan tahan api dengan TPU yang memiliki berat molekul rata-rata lebih besar dari 150 kDa. Ditemukan bahwa kinerja tahan api meningkat secara 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 tahan api UL94V-0 dapat meningkatkan kekuatan tarik material dari 35MPa menjadi 40MPa sambil mempertahankan kinerja tahan api V-0.
Untuk meningkatkan ketahanan penuaan panas pada TPU tahan api, paten dariPerusahaan Material Baru LinghuaSelain itu, juga diperkenalkan metode penggunaan hidroksida logam berlapis permukaan sebagai penghambat api. Untuk meningkatkan ketahanan hidrolisis TPU tahan api,Perusahaan Material Baru Linghuamemperkenalkan karbonat logam berdasarkan penambahan penghambat api melamin dalam aplikasi paten lain.
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 untuk permukaan cat. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi permukaan cat mobil setelah pemasangan. Film pelindung cat umumnya terdiri dari tiga lapisan, dengan lapisan perbaikan diri di permukaan, film polimer di tengah, dan perekat sensitif tekanan akrilik di lapisan bawah. TPU adalah salah satu bahan utama untuk pembuatan film polimer perantara.
Persyaratan kinerja untuk TPU yang digunakan dalam film pelindung cat adalah sebagai berikut: tahan gores, transparansi tinggi (transmisi cahaya >95%), fleksibilitas suhu rendah, ketahanan suhu tinggi, kekuatan tarik >50MPa, elongasi >400%, dan kisaran kekerasan Shore A 87-93; kinerja yang paling penting adalah ketahanan terhadap cuaca, yang meliputi ketahanan terhadap penuaan UV, degradasi oksidatif termal, dan hidrolisis.
Produk yang sudah matang saat ini adalah TPU alifatik yang dibuat dari dicyclohexyl diisocyanate (H12MDI) dan polycaprolactone diol sebagai bahan baku. TPU aromatik biasa akan terlihat menguning setelah satu hari terpapar sinar UV, sedangkan TPU alifatik yang digunakan untuk film pelapis mobil dapat mempertahankan koefisien penguningannya tanpa perubahan signifikan dalam kondisi yang sama.
Poli(ε-kaprolakton) TPU memiliki kinerja yang lebih seimbang dibandingkan dengan polieter dan poliester TPU. Di satu sisi, ia dapat menunjukkan ketahanan sobek yang sangat baik seperti poliester TPU biasa, sementara di sisi lain, ia juga menunjukkan deformasi permanen kompresi rendah yang luar biasa dan kinerja pantulan tinggi seperti polieter TPU, sehingga banyak digunakan di pasaran.
Karena persyaratan yang berbeda untuk efektivitas biaya produk setelah segmentasi pasar, dengan peningkatan teknologi pelapisan permukaan dan kemampuan penyesuaian formula perekat, ada juga peluang bagi polieter atau poliester biasa H12MDI alifatik TPU untuk diterapkan pada film pelindung cat di masa mendatang.
5. TPU Berbasis Bio
Metode umum untuk menyiapkan TPU berbasis bio adalah dengan memasukkan monomer atau zat perantara berbasis bio selama proses polimerisasi, seperti isosianat berbasis bio (seperti MDI, PDI), poliol berbasis bio, dll. Di antara mereka, isosianat berbasis bio relatif jarang di pasaran, sedangkan poliol berbasis bio lebih umum.
Dalam hal isosianat berbasis bio, sejak tahun 2000, BASF, Covestro, dan lainnya telah banyak berinvestasi dalam penelitian PDI, dan produk PDI batch pertama dipasarkan pada tahun 2015-2016. Wanhua Chemical telah mengembangkan produk TPU 100% berbasis bio menggunakan PDI berbasis bio yang terbuat dari jerami jagung.
Dalam hal poliol berbasis bio, ini termasuk politetrafluoroetilena (PTMEG) berbasis bio, 1,4-butanediol (BDO) berbasis bio, 1,3-propanediol (PDO) berbasis bio, poliol poliester berbasis bio, poliol polieter berbasis bio, dan lain sebagainya.
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 berbasis bio, umumnya berkisar antara 30% hingga 40%, bahkan beberapa 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 mereka, dan pengurangan karbon serta keberlanjutan juga merupakan arah utama pengembangan TPU di masa depan.
Waktu posting: 09-Agustus-2024