Direzioni chiave per lo sviluppo futuro del TPU

Il TPU è un elastomero termoplastico poliuretanico, ovvero un copolimero a blocchi multifase composto da diisocianati, polioli ed estensori di catena. Essendo un elastomero ad alte prestazioni, il TPU ha un'ampia gamma di direzioni di prodotto a valle ed è ampiamente utilizzato nelle necessità quotidiane, attrezzature sportive, giocattoli, materiali decorativi e altri campi, come materiali per scarpe, tubi flessibili, cavi, dispositivi medici, ecc.

Attualmente, i principali produttori di materie prime TPU includono BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nuovi Materiali Linghua, e così via. Con l’espansione del layout e della capacità delle imprese nazionali, l’industria del TPU è attualmente altamente competitiva. Tuttavia, nel campo delle applicazioni di fascia alta, fa ancora affidamento sulle importazioni, che è anche un'area in cui la Cina deve fare passi avanti. Parliamo delle prospettive future del mercato dei prodotti TPU.

1. E-TPU schiumogeno supercritico

Nel 2012, Adidas e BASF hanno sviluppato congiuntamente il marchio di scarpe da corsa EnergyBoost, che utilizza TPU espanso (nome commerciale Infinergy) come materiale dell'intersuola. Grazie all'uso di polietere TPU con durezza Shore A di 80-85 come substrato, rispetto alle intersuole in EVA, le intersuole in TPU espanso possono comunque mantenere una buona elasticità e morbidezza in ambienti inferiori a 0 ℃, il che migliora il comfort ed è ampiamente riconosciuto in il mercato.
2. Materiale composito TPU modificato rinforzato con fibra

Il TPU ha una buona resistenza agli urti, ma in alcune applicazioni sono richiesti un modulo elastico elevato e materiali molto duri. La modifica del rinforzo in fibra di vetro è una tecnica comunemente utilizzata per aumentare il modulo elastico dei materiali. Attraverso la modifica, è possibile ottenere materiali compositi termoplastici con molti vantaggi come elevato modulo elastico, buon isolamento, forte resistenza al calore, buone prestazioni di recupero elastico, buona resistenza alla corrosione, resistenza agli urti, basso coefficiente di espansione e stabilità dimensionale.

BASF ha introdotto nel suo brevetto una tecnologia per la preparazione di TPU rinforzato con fibra di vetro ad alto modulo utilizzando fibre corte di vetro. Un TPU con una durezza Shore D pari a 83 è stato sintetizzato mescolando politetrafluoroetilene glicole (PTMEG, Mn=1000), MDI e 1,4-butandiolo (BDO) con 1,3-propandiolo come materie prime. Questo TPU è stato composto con fibra di vetro in un rapporto in massa di 52:48 per ottenere un materiale composito con un modulo elastico di 18,3 GPa e una resistenza alla trazione di 244 MPa.

Oltre alla fibra di vetro, ci sono anche segnalazioni di prodotti che utilizzano TPU composito in fibra di carbonio, come il pannello composito in fibra di carbonio/TPU Maezio di Covestro, che ha un modulo elastico fino a 100 GPa e una densità inferiore rispetto ai metalli.
3. TPU ignifugo privo di alogeni

Il TPU ha elevata resistenza, elevata tenacità, eccellente resistenza all'usura e altre proprietà, che lo rendono un materiale di guaina molto adatto per fili e cavi. Ma in campi applicativi come le stazioni di ricarica è richiesta una maggiore proprietà ignifuga. Esistono generalmente due modi per migliorare le prestazioni ignifughe del TPU. Una è la modifica reattiva dei ritardanti di fiamma, che prevede l'introduzione di materiali ritardanti di fiamma come polioli o isocianati contenenti fosforo, azoto e altri elementi nella sintesi del TPU attraverso il legame chimico; La seconda è la modifica additiva del ritardante di fiamma, che prevede l'utilizzo del TPU come substrato e l'aggiunta di ritardanti di fiamma per la miscelazione del materiale fuso.

La modifica reattiva può modificare la struttura del TPU, ma quando la quantità di additivo ritardante di fiamma è elevata, la resistenza del TPU diminuisce, le prestazioni di lavorazione peggiorano e l'aggiunta di una piccola quantità non può raggiungere il livello di ritardante di fiamma richiesto. Attualmente non esiste in commercio un prodotto ad alto ritardo di fiamma che possa veramente soddisfare l'applicazione delle stazioni di ricarica.

L'ex Bayer MaterialScience (ora Kostron) una volta ha introdotto in un brevetto un poliolo contenente fosforo organico (IHPO) basato sull'ossido di fosfina. Il polietere TPU sintetizzato da IHPO, PTMEG-1000, 4,4 '- MDI e BDO presenta eccellenti proprietà meccaniche e ritardanti di fiamma. Il processo di estrusione è liscio e la superficie del prodotto è liscia.

L'aggiunta di ritardanti di fiamma privi di alogeni è attualmente il percorso tecnico più comunemente utilizzato per preparare TPU ritardanti di fiamma privi di alogeni. Generalmente, i ritardanti di fiamma a base di fosforo, azoto, silicio e boro sono composti oppure come ritardanti di fiamma vengono utilizzati idrossidi metallici. A causa dell'infiammabilità intrinseca del TPU, è spesso necessaria una quantità di riempimento ritardante di fiamma superiore al 30% per formare uno strato ritardante di fiamma stabile durante la combustione. Tuttavia, quando la quantità di ritardante di fiamma aggiunta è elevata, il ritardante di fiamma viene disperso in modo non uniforme nel substrato in TPU e le proprietà meccaniche del TPU ritardante di fiamma non sono ideali, il che ne limita anche l'applicazione e la promozione in campi quali tubi flessibili, pellicole e cavi.

Il brevetto di BASF introduce una tecnologia TPU ritardante di fiamma, che miscela polifosfato di melammina e un derivato dell'acido fosfinico contenente fosforo come ritardanti di fiamma con TPU con un peso molecolare medio ponderale superiore a 150 kDa. Si è riscontrato che le prestazioni ignifughe erano significativamente migliorate ottenendo allo stesso tempo un'elevata resistenza alla trazione.

Per migliorare ulteriormente la resistenza alla trazione del materiale, il brevetto BASF introduce un metodo per preparare masterbatch di agenti reticolanti contenenti isocianati. L'aggiunta del 2% di questo tipo di masterbatch a una composizione che soddisfa i requisiti di ritardante di fiamma UL94V-0 può aumentare la resistenza alla trazione del materiale da 35 MPa a 40 MPa mantenendo le prestazioni di ritardante di fiamma V-0.

Per migliorare la resistenza all'invecchiamento termico del TPU ignifugo, il brevetto diAzienda di nuovi materiali Linghuaintroduce inoltre un metodo per utilizzare idrossidi metallici rivestiti in superficie come ritardanti di fiamma. Al fine di migliorare la resistenza all'idrolisi del TPU ignifugo,Azienda di nuovi materiali Linghuaha introdotto il carbonato metallico sulla base dell'aggiunta di ritardante di fiamma alla melammina in un'altra domanda di brevetto.

4. TPU per pellicola protettiva per vernice automobilistica

La pellicola protettiva per vernice per auto è una pellicola protettiva che isola la superficie della vernice dall'aria dopo l'installazione, previene la pioggia acida, l'ossidazione, i graffi e fornisce una protezione duratura per la superficie della vernice. La sua funzione principale è proteggere la superficie della vernice dell'auto dopo l'installazione. La pellicola protettiva per vernice è generalmente composta da tre strati, con un rivestimento autoriparante sulla superficie, una pellicola polimerica al centro e un adesivo acrilico sensibile alla pressione sullo strato inferiore. Il TPU è uno dei materiali principali per la preparazione di film polimerici intermedi.

I requisiti prestazionali per il TPU utilizzato nella pellicola protettiva per vernice sono i seguenti: resistenza ai graffi, elevata trasparenza (trasmissione luminosa>95%), flessibilità alle basse temperature, resistenza alle alte temperature, resistenza alla trazione>50MPa, allungamento>400% e Shore A intervallo di durezza di 87-93; La prestazione più importante è la resistenza agli agenti atmosferici, che include la resistenza all'invecchiamento UV, alla degradazione ossidativa termica e all'idrolisi.

I prodotti attualmente maturi sono il TPU alifatico preparato a partire da dicicloesil diisocianato (H12MDI) e policaprolattone diolo come materie prime. Il TPU aromatico ordinario diventa visibilmente giallo dopo un giorno di irradiazione UV, mentre il TPU alifatico utilizzato per la pellicola per il rivestimento di automobili può mantenere il suo coefficiente di ingiallimento senza cambiamenti significativi nelle stesse condizioni.
Il TPU poli (ε – caprolattone) ha prestazioni più bilanciate rispetto al TPU polietere e poliestere. Da un lato, può mostrare un'eccellente resistenza allo strappo del normale TPU in poliestere, mentre dall'altro dimostra anche un'eccezionale deformazione permanente a bassa compressione e elevate prestazioni di rimbalzo del TPU in polietere, essendo quindi ampiamente utilizzato sul mercato.

A causa dei diversi requisiti di rapporto costo-efficacia del prodotto dopo la segmentazione del mercato, con il miglioramento della tecnologia di rivestimento superficiale e della capacità di regolazione della formula adesiva, esiste anche la possibilità che in futuro il TPU alifatico H12MDI in polietere o poliestere ordinario venga applicato alle pellicole di protezione della vernice.

5. TPU di origine biologica

Il metodo comune per preparare TPU a base biologica consiste nell'introdurre monomeri o intermedi a base biologica durante il processo di polimerizzazione, come isocianati a base biologica (come MDI, PDI), polioli a base biologica, ecc. Tra questi, gli isocianati a base biologica sono relativamente rari nel mercato, mentre i polioli di origine biologica sono più comuni.

In termini di isocianati a base biologica, già nel 2000 BASF, Covestro e altri hanno investito molti sforzi nella ricerca PDI e il primo lotto di prodotti PDI è stato immesso sul mercato nel 2015-2016. Wanhua Chemical ha sviluppato prodotti TPU a base biologica al 100% utilizzando PDI a base biologica ottenuto da stocchi di mais.

In termini di polioli a base biologica, include politetrafluoroetilene a base biologica (PTMEG), 1,4-butandiolo a base biologica (BDO), 1,3-propandiolo a base biologica (PDO), polioli poliestere a base biologica, polioli polietere a base biologica, ecc.

Attualmente, diversi produttori di TPU hanno lanciato TPU a base biologica, le cui prestazioni sono paragonabili al tradizionale TPU a base petrolchimica. La differenza principale tra questi TPU a base biologica risiede nel livello di contenuto a base biologica, generalmente compreso tra il 30% e il 40%, con alcuni che raggiungono addirittura livelli più elevati. Rispetto al tradizionale TPU a base petrolchimica, il TPU a base biologica presenta vantaggi come la riduzione delle emissioni di carbonio, la rigenerazione sostenibile delle materie prime, la produzione ecologica e la conservazione delle risorse. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical eNuovi Materiali Linghuahanno lanciato i loro marchi di TPU a base biologica e la riduzione del carbonio e la sostenibilità sono anche direzioni chiave per lo sviluppo futuro del TPU.