TPU ialah elastomer termoplastik poliuretana, iaitu kopolimer blok berbilang fasa yang terdiri daripada diisosianat, poliol dan pemanjang rantai. Sebagai elastomer berprestasi tinggi, TPU mempunyai pelbagai hala tuju produk hiliran dan digunakan secara meluas dalam keperluan harian, peralatan sukan, mainan, bahan hiasan dan bidang lain seperti bahan kasut, hos, kabel, peranti perubatan dan sebagainya.
Pada masa ini, pengeluar bahan mentah TPU utama termasuk BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Bahan Baharu Linghua, dan sebagainya. Dengan susun atur dan pengembangan kapasiti perusahaan domestik, industri TPU kini sangat kompetitif. Walau bagaimanapun, dalam bidang aplikasi mewah, ia masih bergantung pada import, yang juga merupakan bidang yang perlu dicapai oleh China. Mari kita bincangkan tentang prospek pasaran masa depan produk TPU.
1. E-TPU berbuih superkritikal
Pada tahun 2012, Adidas dan BASF telah bersama-sama membangunkan jenama kasut larian EnergyBoost, yang menggunakan TPU berbuih (nama dagangan infinergy) sebagai bahan tapak tengah. Disebabkan penggunaan TPU polieter dengan kekerasan Shore A 80-85 sebagai substrat, berbanding tapak tengah EVA, tapak tengah TPU berbuih masih boleh mengekalkan keanjalan dan kelembutan yang baik dalam persekitaran di bawah 0 ℃, yang meningkatkan keselesaan pemakaian dan diiktiraf secara meluas di pasaran.
2. Bahan komposit TPU yang diubah suai diperkukuh gentian
TPU mempunyai rintangan hentaman yang baik, tetapi dalam beberapa aplikasi, modulus elastik yang tinggi dan bahan yang sangat keras diperlukan. Pengubahsuaian tetulang gentian kaca merupakan teknik yang biasa digunakan untuk meningkatkan modulus elastik bahan. Melalui pengubahsuaian, bahan komposit termoplastik dengan banyak kelebihan seperti modulus elastik yang tinggi, penebat yang baik, rintangan haba yang kuat, prestasi pemulihan elastik yang baik, rintangan kakisan yang baik, rintangan hentaman, pekali pengembangan yang rendah, dan kestabilan dimensi boleh diperolehi.
BASF telah memperkenalkan teknologi untuk menyediakan TPU bertetulang gentian kaca modulus tinggi menggunakan gentian pendek kaca dalam patennya. TPU dengan kekerasan Shore D sebanyak 83 telah disintesis dengan mencampurkan politetrafluoroetilena glikol (PTMEG, Mn=1000), MDI, dan 1,4-butanediol (BDO) dengan 1,3-propanediol sebagai bahan mentah. TPU ini telah digabungkan dengan gentian kaca dalam nisbah jisim 52:48 untuk mendapatkan bahan komposit dengan modulus elastik 18.3 GPa dan kekuatan tegangan 244 MPa.
Selain gentian kaca, terdapat juga laporan tentang produk yang menggunakan TPU komposit gentian karbon, seperti papan komposit gentian karbon/TPU Maezio Covestro, yang mempunyai modulus elastik sehingga 100GPa dan ketumpatan yang lebih rendah daripada logam.
3. TPU kalis api bebas halogen
TPU mempunyai kekuatan tinggi, ketahanan tinggi, rintangan haus yang sangat baik dan sifat-sifat lain, menjadikannya bahan sarung yang sangat sesuai untuk wayar dan kabel. Tetapi dalam bidang aplikasi seperti stesen pengecasan, kalis api yang lebih tinggi diperlukan. Secara amnya terdapat dua cara untuk meningkatkan prestasi kalis api TPU. Satu ialah pengubahsuaian kalis api reaktif, yang melibatkan pengenalan bahan kalis api seperti poliol atau isosianat yang mengandungi fosforus, nitrogen dan unsur lain ke dalam sintesis TPU melalui ikatan kimia; Yang kedua ialah pengubahsuaian kalis api tambahan, yang melibatkan penggunaan TPU sebagai substrat dan penambahan kalis api untuk pencampuran leburan.
Pengubahsuaian reaktif boleh mengubah struktur TPU, tetapi apabila jumlah kalis api tambahan adalah besar, kekuatan TPU berkurangan, prestasi pemprosesan merosot, dan penambahan sedikit sahaja tidak dapat mencapai tahap kalis api yang diperlukan. Pada masa ini, tiada produk kalis api tinggi yang tersedia secara komersial yang benar-benar dapat memenuhi aplikasi stesen pengecasan.
Bekas Bayer MaterialScience (kini Kostron) pernah memperkenalkan poliol organik yang mengandungi fosforus (IHPO) berasaskan fosfin oksida dalam satu paten. TPU polieter yang disintesis daripada IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI dan BDO mempamerkan kalis api dan sifat mekanikal yang sangat baik. Proses penyemperitan adalah licin dan permukaan produk adalah licin.
Menambah bahan kalis api bebas halogen pada masa ini merupakan laluan teknikal yang paling biasa digunakan untuk menyediakan TPU kalis api bebas halogen. Secara amnya, bahan kalis api berasaskan fosforus, berasaskan nitrogen, berasaskan silikon, berasaskan boron dikompaun atau hidroksida logam digunakan sebagai bahan kalis api. Disebabkan oleh kemudahbakaran TPU yang wujud, jumlah pengisian bahan kalis api lebih daripada 30% sering diperlukan untuk membentuk lapisan kalis api yang stabil semasa pembakaran. Walau bagaimanapun, apabila jumlah bahan kalis api yang ditambah adalah besar, bahan kalis api tersebar secara tidak sekata dalam substrat TPU, dan sifat mekanikal TPU kalis api tidak ideal, yang juga mengehadkan aplikasi dan promosinya dalam bidang seperti hos, filem dan kabel.
Paten BASF memperkenalkan teknologi TPU kalis api, yang menggabungkan melamin polifosfat dan terbitan asid fosfinik yang mengandungi fosforus sebagai kalis api dengan TPU dengan purata berat molekul lebih besar daripada 150kDa. Didapati bahawa prestasi kalis api telah dipertingkatkan dengan ketara di samping mencapai kekuatan tegangan yang tinggi.
Untuk meningkatkan lagi kekuatan tegangan bahan tersebut, paten BASF memperkenalkan kaedah untuk menyediakan masterbatch ejen silang yang mengandungi isosianat. Menambah 2% daripada masterbatch jenis ini kepada komposisi yang memenuhi keperluan kalis api UL94V-0 boleh meningkatkan kekuatan tegangan bahan daripada 35MPa kepada 40MPa sambil mengekalkan prestasi kalis api V-0.
Untuk meningkatkan rintangan penuaan haba bagi TPU kalis api, paten bagiSyarikat Bahan Baharu Linghuajuga memperkenalkan kaedah menggunakan hidroksida logam bersalut permukaan sebagai kalis api. Untuk meningkatkan rintangan hidrolisis TPU kalis api,Syarikat Bahan Baharu Linghuamemperkenalkan logam karbonat berdasarkan penambahan kalis api melamina dalam permohonan paten yang lain.
4. TPU untuk filem perlindungan cat automotif
Filem pelindung cat kereta ialah filem pelindung yang mengasingkan permukaan cat daripada udara selepas pemasangan, mencegah hujan asid, pengoksidaan, calar, dan memberikan perlindungan tahan lama untuk permukaan cat. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi permukaan cat kereta selepas pemasangan. Filem pelindung cat biasanya terdiri daripada tiga lapisan, dengan salutan penyembuhan diri pada permukaan, filem polimer di tengah, dan pelekat sensitif tekanan akrilik pada lapisan bawah. TPU ialah salah satu bahan utama untuk menyediakan filem polimer perantaraan.
Keperluan prestasi untuk TPU yang digunakan dalam filem perlindungan cat adalah seperti berikut: rintangan calar, ketelusan yang tinggi (transmitansi cahaya>95%), fleksibiliti suhu rendah, rintangan suhu tinggi, kekuatan tegangan>50MPa, pemanjangan>400%, dan julat kekerasan Shore A 87-93; Prestasi yang paling penting ialah rintangan cuaca, yang merangkumi rintangan terhadap penuaan UV, degradasi oksidatif terma, dan hidrolisis.
Produk matang pada masa ini ialah TPU alifatik yang disediakan daripada disikloheksil diisosianat (H12MDI) dan polikaprolakton diol sebagai bahan mentah. TPU aromatik biasa kelihatan bertukar menjadi kuning selepas satu hari penyinaran UV, manakala TPU alifatik yang digunakan untuk filem pembalut kereta boleh mengekalkan pekali kekuningannya tanpa perubahan ketara di bawah keadaan yang sama.
TPU poli (ε – kaprolakton) mempunyai prestasi yang lebih seimbang berbanding TPU polieter dan poliester. Di satu pihak, ia boleh mempamerkan rintangan koyakan yang sangat baik berbanding TPU poliester biasa, manakala di pihak yang lain, ia juga menunjukkan ubah bentuk kekal mampatan rendah yang cemerlang dan prestasi lantunan tinggi bagi TPU polieter, justeru digunakan secara meluas di pasaran.
Disebabkan oleh keperluan yang berbeza untuk keberkesanan kos produk selepas segmentasi pasaran, dengan peningkatan teknologi salutan permukaan dan keupayaan pelarasan formula pelekat, terdapat juga peluang untuk polieter atau TPU alifatik polieter H12MDI biasa digunakan pada filem perlindungan cat pada masa hadapan.
5. TPU berasaskan bio
Kaedah biasa untuk menyediakan TPU berasaskan bio adalah dengan memperkenalkan monomer atau perantaraan berasaskan bio semasa proses pempolimeran, seperti isosianat berasaskan bio (seperti MDI, PDI), poliol berasaskan bio, dan sebagainya. Antaranya, isosianat berasaskan bio agak jarang ditemui di pasaran, manakala poliol berasaskan bio adalah lebih biasa.
Dari segi isosianat berasaskan bio, seawal tahun 2000, BASF, Covestro dan lain-lain telah melaburkan banyak usaha dalam penyelidikan PDI, dan kumpulan pertama produk PDI telah dimasukkan ke dalam pasaran pada tahun 2015-2016. Wanhua Chemical telah membangunkan produk TPU berasaskan bio 100% menggunakan PDI berasaskan bio yang diperbuat daripada tungku jagung.
Dari segi poliol berasaskan bio, ia merangkumi politetrafluoroetilena berasaskan bio (PTMEG), 1,4-butanediol berasaskan bio (BDO), 1,3-propanediol berasaskan bio (PDO), poliol poliester berasaskan bio, poliol polieter berasaskan bio, dan sebagainya.
Pada masa ini, pelbagai pengeluar TPU telah melancarkan TPU berasaskan bio, yang prestasinya setanding dengan TPU berasaskan petrokimia tradisional. Perbezaan utama antara TPU berasaskan bio ini terletak pada tahap kandungan berasaskan bio, secara amnya antara 30% hingga 40%, malah ada yang mencapai tahap yang lebih tinggi. Berbanding dengan TPU berasaskan petrokimia tradisional, TPU berasaskan bio mempunyai kelebihan seperti mengurangkan pelepasan karbon, penjanaan semula bahan mentah yang mampan, pengeluaran hijau dan pemuliharaan sumber. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical danBahan Baharu Linghuatelah melancarkan jenama TPU berasaskan bio mereka, dan pengurangan karbon serta kemampanan juga merupakan hala tuju utama untuk pembangunan TPU pada masa hadapan.
Masa siaran: 9 Ogos 2024