TPU es un elastómero termoplástico de poliuretano, que es un copolímero de bloques multifásico compuesto de diisocianatos, polioles y extensores de cadena. Como elastómero de alto rendimiento, el TPU tiene una amplia gama de direcciones de productos posteriores y se usa ampliamente en artículos de primera necesidad, equipos deportivos, juguetes, materiales decorativos y otros campos, como materiales para calzado, mangueras, cables, dispositivos médicos, etc.
En la actualidad, los principales fabricantes de materias primas de TPU incluyen BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nuevos materiales Linghua, etcétera. Con el diseño y la expansión de la capacidad de las empresas nacionales, la industria del TPU es actualmente muy competitiva. Sin embargo, en el campo de las aplicaciones de alta gama, todavía depende de las importaciones, que también es un área en la que China necesita lograr avances. Hablemos de las perspectivas futuras del mercado de los productos de TPU.
1. E-TPU de espuma supercrítica
En 2012, Adidas y BASF desarrollaron conjuntamente la marca de zapatillas para correr EnergyBoost, que utiliza TPU espumado (nombre comercial infinergy) como material de entresuela. Debido al uso de poliéter TPU con una dureza Shore A de 80-85 como sustrato, en comparación con las entresuelas de EVA, las entresuelas de TPU espumado aún pueden mantener una buena elasticidad y suavidad en ambientes por debajo de 0 ℃, lo que mejora la comodidad de uso y es ampliamente reconocido en el mercado.
2. Material compuesto de TPU modificado reforzado con fibra
El TPU tiene buena resistencia al impacto, pero en algunas aplicaciones se requieren un módulo elástico alto y materiales muy duros. La modificación del refuerzo de fibra de vidrio es una técnica comúnmente utilizada para aumentar el módulo elástico de los materiales. Mediante modificación, se pueden obtener materiales compuestos termoplásticos con muchas ventajas, como alto módulo elástico, buen aislamiento, fuerte resistencia al calor, buen rendimiento de recuperación elástica, buena resistencia a la corrosión, resistencia al impacto, bajo coeficiente de expansión y estabilidad dimensional.
BASF ha introducido en su patente una tecnología para preparar TPU reforzado con fibra de vidrio de alto módulo utilizando fibras cortas de vidrio. Se sintetizó un TPU con una dureza Shore D de 83 mezclando politetrafluoroetilenglicol (PTMEG, Mn=1000), MDI y 1,4-butanodiol (BDO) con 1,3-propanodiol como materias primas. Este TPU se combinó con fibra de vidrio en una proporción de masa de 52:48 para obtener un material compuesto con un módulo elástico de 18,3 GPa y una resistencia a la tracción de 244 MPa.
Además de la fibra de vidrio, también hay informes de productos que utilizan TPU compuesto de fibra de carbono, como el tablero compuesto de fibra de carbono/TPU Maezio de Covestro, que tiene un módulo elástico de hasta 100 GPa y una densidad menor que los metales.
3. TPU retardante de llama libre de halógenos
El TPU tiene alta resistencia, alta tenacidad, excelente resistencia al desgaste y otras propiedades, lo que lo convierte en un material de cubierta muy adecuado para alambres y cables. Pero en campos de aplicación como las estaciones de carga, se requiere una mayor retardación de llama. Generalmente existen dos formas de mejorar el rendimiento retardante de llama del TPU. Una es la modificación retardante de llama reactiva, que implica la introducción de materiales retardantes de llama como polioles o isocianatos que contienen fósforo, nitrógeno y otros elementos en la síntesis de TPU mediante enlaces químicos; El segundo es la modificación aditiva de retardantes de llama, que implica el uso de TPU como sustrato y la adición de retardantes de llama para la mezcla en estado fundido.
La modificación reactiva puede cambiar la estructura del TPU, pero cuando la cantidad de aditivo retardante de llama es grande, la resistencia del TPU disminuye, el rendimiento del procesamiento se deteriora y agregar una pequeña cantidad no puede alcanzar el nivel de retardante de llama requerido. Actualmente, no existe ningún producto con alto contenido de retardo de llama disponible comercialmente que realmente pueda satisfacer la aplicación de las estaciones de carga.
La antigua Bayer MaterialScience (ahora Kostron) presentó en una patente un poliol que contiene fósforo orgánico (IHPO) a base de óxido de fosfina. El poliéter TPU sintetizado a partir de IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI y BDO exhibe excelentes propiedades mecánicas y de retardo de llama. El proceso de extrusión es suave y la superficie del producto es lisa.
La adición de retardantes de llama sin halógenos es actualmente la ruta técnica más utilizada para preparar TPU retardante de llama sin halógenos. Generalmente, se combinan retardantes de llama a base de fósforo, nitrógeno, silicio y boro o se utilizan hidróxidos metálicos como retardantes de llama. Debido a la inflamabilidad inherente del TPU, a menudo se requiere una cantidad de relleno de retardante de llama superior al 30 % para formar una capa retardante de llama estable durante la combustión. Sin embargo, cuando la cantidad de retardante de llama añadido es grande, el retardante de llama se dispersa de manera desigual en el sustrato de TPU y las propiedades mecánicas del TPU retardante de llama no son ideales, lo que también limita su aplicación y promoción en campos como mangueras, películas. y cables.
La patente de BASF introduce una tecnología de TPU retardante de llama, que combina polifosfato de melamina y un derivado del ácido fosfínico que contiene fósforo como retardantes de llama con TPU con un peso molecular promedio en peso superior a 150 kDa. Se descubrió que el rendimiento retardante de llama mejoró significativamente al mismo tiempo que se lograba una alta resistencia a la tracción.
Para mejorar aún más la resistencia a la tracción del material, la patente de BASF introduce un método para preparar una mezcla madre de agente reticulante que contiene isocianatos. Agregar un 2 % de este tipo de masterbatch a una composición que cumpla con los requisitos de retardante de llama UL94V-0 puede aumentar la resistencia a la tracción del material de 35 MPa a 40 MPa manteniendo al mismo tiempo el rendimiento del retardante de llama V-0.
Para mejorar la resistencia al envejecimiento por calor del TPU retardante de llama, la patente deEmpresa de nuevos materiales LinghuaTambién introduce un método para utilizar hidróxidos metálicos recubiertos en superficies como retardantes de llama. Para mejorar la resistencia a la hidrólisis del TPU retardante de llama,Empresa de nuevos materiales Linghuaintrodujo carbonato metálico basándose en la adición de retardante de llama de melamina en otra solicitud de patente.
4. TPU para película protectora de pintura automotriz
La película protectora de pintura para automóviles es una película protectora que aísla la superficie de la pintura del aire después de la instalación, previene la lluvia ácida, la oxidación, los rayones y brinda una protección duradera para la superficie de la pintura. Su función principal es proteger la superficie de pintura del coche después de la instalación. La película protectora de pintura generalmente consta de tres capas, con un revestimiento autorreparable en la superficie, una película de polímero en el medio y un adhesivo acrílico sensible a la presión en la capa inferior. El TPU es uno de los principales materiales para la preparación de películas poliméricas intermedias.
Los requisitos de rendimiento para el TPU utilizado en películas protectoras de pintura son los siguientes: resistencia al rayado, alta transparencia (transmitancia de luz>95%), flexibilidad a bajas temperaturas, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la tracción>50MPa, alargamiento>400% y Shore A. rango de dureza de 87-93; El desempeño más importante es la resistencia a la intemperie, que incluye resistencia al envejecimiento por rayos UV, degradación oxidativa térmica e hidrólisis.
Los productos actualmente maduros son TPU alifático preparado a partir de diisocianato de diciclohexilo (H12MDI) y policaprolactona diol como materias primas. El TPU aromático común se vuelve visiblemente amarillo después de un día de irradiación UV, mientras que el TPU alifático utilizado para películas de envoltura de automóviles puede mantener su coeficiente de amarilleamiento sin cambios significativos en las mismas condiciones.
El poli (ε – caprolactona) TPU tiene un rendimiento más equilibrado en comparación con el poliéter y el poliéster TPU. Por un lado, puede exhibir una excelente resistencia al desgarro del poliéster TPU ordinario, mientras que, por otro lado, también demuestra una excelente deformación permanente de baja compresión y un alto rendimiento de rebote del poliéter TPU, por lo que es ampliamente utilizado en el mercado.
Debido a los diferentes requisitos de rentabilidad del producto después de la segmentación del mercado, con la mejora de la tecnología de recubrimiento de superficies y la capacidad de ajuste de la fórmula adhesiva, también existe la posibilidad de que en el futuro se aplique poliéter o poliéster ordinario H12MDI TPU alifático a las películas protectoras de pintura.
5. TPU de base biológica
El método común para preparar TPU de base biológica es introducir monómeros o intermediarios de base biológica durante el proceso de polimerización, como isocianatos de base biológica (como MDI, PDI), polioles de base biológica, etc. Entre ellos, los isocianatos de base biológica son relativamente raros en el mercado, mientras que los polioles de base biológica son más comunes.
En términos de isocianatos de base biológica, ya en el año 2000, BASF, Covestro y otros han invertido mucho esfuerzo en la investigación de PDI, y el primer lote de productos de PDI se lanzó al mercado en 2015-2016. Wanhua Chemical ha desarrollado productos de TPU 100% biológicos utilizando PDI biológico elaborado a partir de rastrojos de maíz.
En términos de polioles de base biológica, incluye politetrafluoroetileno de base biológica (PTMEG), 1,4-butanodiol de base biológica (BDO), 1,3-propanodiol de base biológica (PDO), poliesterpolioles de base biológica, polioles de poliéter de base biológica, etc.
En la actualidad, varios fabricantes de TPU han lanzado TPU de base biológica, cuyo rendimiento es comparable al del TPU tradicional de base petroquímica. La principal diferencia entre estos TPU de origen biológico radica en el nivel de contenido de origen biológico, que generalmente oscila entre el 30% y el 40%, y algunos incluso alcanzan niveles más altos. En comparación con el TPU tradicional de base petroquímica, el TPU de base biológica tiene ventajas como la reducción de las emisiones de carbono, la regeneración sostenible de materias primas, la producción ecológica y la conservación de recursos. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical yNuevos materiales Linghuahan lanzado sus marcas de TPU de base biológica, y la reducción de carbono y la sostenibilidad también son direcciones clave para el desarrollo del TPU en el futuro.
Hora de publicación: 09-ago-2024