El TPU es un elastómero termoplástico de poliuretano, un copolímero de bloque multifásico compuesto por diisocianatos, polioles y extensores de cadena. Como elastómero de alto rendimiento, el TPU tiene una amplia gama de aplicaciones en productos derivados y se utiliza 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 materia prima de TPU incluyen BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Nuevos materiales LinghuaY así sucesivamente. Con la expansión de la distribución y la capacidad de las empresas nacionales, la industria del TPU es actualmente altamente competitiva. Sin embargo, en el campo de las aplicaciones de alta gama, aún depende de las importaciones, un área en la que China también necesita avanzar. 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. Gracias al uso de poliéter TPU con una dureza Shore A de 80-85, a diferencia de las entresuelas de EVA, las entresuelas de TPU espumado mantienen una buena elasticidad y suavidad en entornos por debajo de 0 °C, lo que mejora la comodidad y goza de un amplio reconocimiento en el mercado.
2. Material compuesto de TPU modificado reforzado con fibra
El TPU posee buena resistencia al impacto, pero en algunas aplicaciones se requieren materiales con un alto módulo elástico y gran dureza. La modificación con refuerzo de fibra de vidrio es una técnica común para aumentar el módulo elástico de los materiales. Mediante esta modificación, se pueden obtener materiales compuestos termoplásticos con numerosas ventajas, como un alto módulo elástico, buen aislamiento, alta resistencia al calor, buena 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 la preparación de TPU reforzado con fibra de vidrio de alto módulo mediante 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 mezcló con fibra de vidrio en una proporción másica 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 posee alta resistencia, tenacidad, excelente resistencia al desgaste y otras propiedades, lo que lo convierte en un material ideal para revestimientos de cables y alambres. Sin embargo, en aplicaciones como estaciones de carga, se requiere una mayor resistencia al fuego. Generalmente, existen dos maneras de mejorar el rendimiento ignífugo del TPU. Una es la modificación reactiva del retardante de llama, que consiste en introducir materiales ignífugos como polioles o isocianatos que contienen fósforo, nitrógeno y otros elementos en la síntesis del TPU mediante enlaces químicos. La segunda es la modificación aditiva del retardante de llama, que consiste en utilizar TPU como sustrato y añadir retardantes de llama para la mezcla en estado fundido.
La modificación reactiva puede cambiar la estructura del TPU, pero cuando se añade una gran cantidad de retardante de llama aditivo, la resistencia del TPU disminuye, el rendimiento del procesamiento se deteriora y la adición de una pequeña cantidad no permite alcanzar el nivel requerido de retardante de llama. Actualmente, no existe ningún producto con alta resistencia al fuego disponible en el mercado que sea realmente adecuado para su aplicación en estaciones de carga.
La antigua Bayer MaterialScience (ahora Kostron) introdujo en una patente un poliol orgánico con fósforo (IHPO) basado en óxido de fosfina. El poliéter TPU sintetizado a partir de IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI y BDO presenta excelentes propiedades mecánicas y ignífugas. El proceso de extrusión es suave y la superficie del producto es lisa.
La adición de retardantes de llama libres de halógenos es actualmente la técnica más utilizada para preparar TPU retardantes de llama libres de halógenos. Generalmente, se utilizan retardantes de llama a base de fósforo, nitrógeno, silicio y boro, o hidróxidos metálicos. 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 estable durante la combustión. Sin embargo, cuando se añade una cantidad elevada de retardante de llama, este se dispersa de forma irregular en el sustrato de TPU, lo que dificulta sus propiedades mecánicas, lo que limita su aplicación y promoción en campos como mangueras, películas y cables.
La patente de BASF introduce una tecnología de TPU ignífuga que combina polifosfato de melamina y un derivado fosfórico del ácido fosfínico como retardantes de llama con TPU con un peso molecular promedio superior a 150 kDa. Se observó una mejora significativa en el rendimiento ignífugo, a la vez que se logró 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 un masterbatch de agente reticulante que contiene isocianatos. Añadir un 2 % de este masterbatch a una composición que cumple con los requisitos de retardancia de llama UL94V-0 puede aumentar la resistencia a la tracción del material de 35 MPa a 40 MPa, manteniendo el rendimiento de retardancia de llama V-0.
Para mejorar la resistencia al envejecimiento por calor del TPU retardante de llama, la patente deCompañía de nuevos materiales LinghuaTambién se presenta un método para usar hidróxidos metálicos recubiertos superficialmente como retardantes de llama. Para mejorar la resistencia a la hidrólisis del TPU ignífugo,Compañía de nuevos materiales Linghuaintrodujo carbonato metálico sobre la base de 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 aísla la superficie de la pintura del aire después de su instalación, previene la lluvia ácida, la oxidación y los arañazos, y proporciona una protección duradera. Su función principal es proteger la pintura del automóvil después de su instalación. Generalmente, consta de tres capas: un revestimiento autorreparador en la superficie, una película de polímero en el centro 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 de polímero 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 baja temperatura, resistencia a alta temperatura, resistencia a la tracción> 50 MPa, elongación> 400% y rango de dureza Shore A de 87-93; El rendimiento 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 alifáticos preparados a partir de diisocianato de diciclohexilo (H₄MDI) y policaprolactona diol como materias primas. El TPU aromático común amarillea visiblemente tras un día de exposición a la radiación UV, mientras que el TPU alifático utilizado para películas de rotulación de vehículos puede mantener su coeficiente de amarilleamiento sin cambios significativos en las mismas condiciones.
El poli(ε-caprolactona) TPU ofrece un rendimiento más equilibrado en comparación con el poliéter y el poliéster TPU. Por un lado, presenta la excelente resistencia al desgarro del poliéster TPU convencional, mientras que, por otro lado, también demuestra una excelente baja deformación permanente por compresión y un alto rendimiento de rebote del poliéter TPU, lo que lo hace 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 el poliéter o el TPU alifático de poliéster H12MDI ordinario se apliquen a las películas de protección de pintura en el futuro.
5. TPU de base biológica
El método común para preparar TPU de base biológica es introducir monómeros o intermedios 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 cuanto a los isocianatos de origen biológico, ya en el año 2000, BASF, Covestro y otras empresas invirtieron mucho en la investigación de PDI, y el primer lote de productos de PDI se lanzó al mercado entre 2015 y 2016. Wanhua Chemical ha desarrollado productos de TPU 100 % de origen biológico utilizando PDI de origen biológico elaborado a partir de rastrojo de maíz.
En términos de polioles de base biológica, se incluyen politetrafluoroetileno de base biológica (PTMEG), 1,4-butanodiol de base biológica (BDO), 1,3-propanodiol de base biológica (PDO), polioles de poliéster de base biológica, polioles de poliéter de base biológica, etc.
Actualmente, 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 base biológica radica en su contenido, que generalmente oscila entre el 30 % y el 40 %, y algunos incluso alcanzan niveles superiores. En comparación con el TPU tradicional de base petroquímica, el TPU de base biológica ofrece 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 de TPU en el futuro.
Hora de publicación: 09-ago-2024