TPU ist ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, ein mehrphasiges Blockcopolymer aus Diisocyanaten, Polyolen und Kettenverlängerern. Als Hochleistungselastomer bietet TPU vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und wird häufig in Produkten des täglichen Bedarfs, Sportgeräten, Spielzeug, Dekorationsmaterialien und anderen Bereichen wie Schuhmaterialien, Schläuchen, Kabeln und medizinischen Geräten eingesetzt.
Zu den wichtigsten TPU-Rohstoffherstellern zählen derzeit BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua Neue Materialien, und so weiter. Dank der Expansion und Kapazitätserweiterung inländischer Unternehmen ist die TPU-Industrie derzeit äußerst wettbewerbsfähig. Im High-End-Anwendungsbereich ist sie jedoch weiterhin auf Importe angewiesen, und auch hier muss China Durchbrüche erzielen. Lassen Sie uns über die zukünftigen Marktaussichten von TPU-Produkten sprechen.
1. Überkritisches Schäumen von E-TPU
Adidas und BASF entwickelten 2012 gemeinsam die Laufschuhmarke EnergyBoost, die geschäumtes TPU (Handelsname Infinergy) als Zwischensohlenmaterial verwendet. Durch die Verwendung von Polyether-TPU mit einer Shore-A-Härte von 80–85 als Substrat behalten geschäumte TPU-Zwischensohlen im Vergleich zu EVA-Zwischensohlen auch bei Temperaturen unter 0 °C ihre gute Elastizität und Weichheit, was den Tragekomfort verbessert und auf dem Markt breite Anerkennung findet.
2. Faserverstärktes modifiziertes TPU-Verbundmaterial
TPU weist eine gute Schlagzähigkeit auf, doch für manche Anwendungen sind ein hoher Elastizitätsmodul und sehr harte Materialien erforderlich. Die Modifikation durch Glasfaserverstärkung ist eine häufig eingesetzte Technik zur Erhöhung des Elastizitätsmoduls von Materialien. Durch die Modifikation können thermoplastische Verbundwerkstoffe mit vielen Vorteilen wie hohem Elastizitätsmodul, guter Isolierung, hoher Hitzebeständigkeit, gutem Rückstellvermögen, guter Korrosionsbeständigkeit, Schlagzähigkeit, niedrigem Ausdehnungskoeffizienten und Dimensionsstabilität erhalten werden.
BASF hat in ihrem Patent eine Technologie zur Herstellung von hochmoduligem, glasfaserverstärktem TPU unter Verwendung von Glasfaserkurzfasern vorgestellt. Ein TPU mit einer Shore-D-Härte von 83 wurde durch die Mischung von Polytetrafluorethylenglykol (PTMEG, Mn = 1000), MDI und 1,4-Butandiol (BDO) mit 1,3-Propandiol als Rohstoffe synthetisiert. Dieses TPU wurde mit Glasfasern im Massenverhältnis 52:48 vermischt, um einen Verbundwerkstoff mit einem Elastizitätsmodul von 18,3 GPa und einer Zugfestigkeit von 244 MPa zu erhalten.
Neben Glasfaser gibt es auch Berichte über Produkte, bei denen TPU aus Kohlefaserverbundwerkstoffen verwendet wird, wie etwa die Maezio-Kohlefaser-/TPU-Verbundplatte von Covestro, die einen Elastizitätsmodul von bis zu 100 GPa und eine geringere Dichte als Metalle aufweist.
3. Halogenfreies, flammhemmendes TPU
TPU zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, hervorragende Verschleißfestigkeit und weitere Eigenschaften aus und eignet sich daher hervorragend als Mantelmaterial für Drähte und Kabel. In Anwendungsbereichen wie Ladestationen ist jedoch eine höhere Flammhemmung erforderlich. Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Flammhemmung von TPU zu verbessern. Eine davon ist die reaktive Flammschutzmodifizierung, bei der flammhemmende Materialien wie Polyole oder Isocyanate, die Phosphor, Stickstoff und andere Elemente enthalten, durch chemische Bindung in die TPU-Synthese eingebracht werden. Die zweite ist die additive Flammschutzmodifizierung, bei der TPU als Substrat verwendet und Flammschutzmittel zum Schmelzmischen hinzugefügt werden.
Durch reaktive Modifikation kann die Struktur von TPU verändert werden. Bei einer großen Menge an Flammschutzadditiv verringert sich jedoch die Festigkeit des TPU, die Verarbeitungsleistung verschlechtert sich, und selbst bei Zugabe einer geringen Menge kann der erforderliche Flammschutzgrad nicht erreicht werden. Derzeit gibt es kein kommerziell erhältliches, hochflammhemmendes Produkt, das den Anforderungen an Ladestationen wirklich gerecht wird.
Die ehemalige Bayer MaterialScience (heute Kostron) hat in einem Patent ein organisches phosphorhaltiges Polyol (IHPO) auf Phosphinoxidbasis vorgestellt. Das aus IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI und BDO synthetisierte Polyether-TPU weist hervorragende Flammhemmung und mechanische Eigenschaften auf. Der Extrusionsprozess verläuft reibungslos, und die Oberfläche des Produkts ist glatt.
Die Zugabe halogenfreier Flammschutzmittel ist derzeit der am häufigsten verwendete technische Weg zur Herstellung halogenfreier, flammgeschützter TPUs. In der Regel werden Flammschutzmittel auf Phosphor-, Stickstoff-, Silizium- oder Borbasis oder Metallhydroxide als Flammschutzmittel eingesetzt. Aufgrund der inhärenten Entflammbarkeit von TPU ist oft ein Flammschutzmittelanteil von über 30 % erforderlich, um bei der Verbrennung eine stabile Flammschutzschicht zu bilden. Bei einer hohen Flammschutzmittelmenge verteilt sich das Flammschutzmittel jedoch ungleichmäßig im TPU-Substrat, wodurch die mechanischen Eigenschaften des flammgeschützten TPUs nicht optimal sind, was seine Anwendung und Verbreitung in Bereichen wie Schläuchen, Folien und Kabeln einschränkt.
Das BASF-Patent stellt eine flammhemmende TPU-Technologie vor, die Melaminpolyphosphat und ein phosphorhaltiges Phosphinsäurederivat als Flammschutzmittel mit TPU mit einem gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewicht von über 150 kDa kombiniert. Es zeigte sich, dass die Flammschutzleistung deutlich verbessert wurde und gleichzeitig eine hohe Zugfestigkeit erreicht wurde.
Um die Zugfestigkeit des Materials weiter zu erhöhen, führt das BASF-Patent ein Verfahren zur Herstellung von isocyanathaltigen Vernetzer-Masterbatches ein. Die Zugabe von 2 % dieses Masterbatches zu einer Zusammensetzung, die die Flammschutzanforderungen der Klasse UL94V-0 erfüllt, kann die Zugfestigkeit des Materials von 35 MPa auf 40 MPa erhöhen, während die Flammschutzleistung der Klasse V-0 erhalten bleibt.
Um die Wärmealterungsbeständigkeit von flammhemmendem TPU zu verbessern, wurde das Patent vonLinghua New Materials Companystellt außerdem eine Methode zur Verwendung von oberflächenbeschichteten Metallhydroxiden als Flammschutzmittel vor. Um die Hydrolysebeständigkeit von flammhemmendem TPU zu verbessern,Linghua New Materials CompanyIn einer anderen Patentanmeldung wurde Metallcarbonat auf Basis der Zugabe von Melamin als Flammschutzmittel eingeführt.
4. TPU für Autolackschutzfolien
Autolackschutzfolien isolieren die Lackoberfläche nach der Montage von der Luft, verhindern sauren Regen, Oxidation und Kratzer und bieten langanhaltenden Schutz. Ihre Hauptfunktion ist der Schutz der Autolackoberfläche nach der Montage. Lackschutzfolien bestehen in der Regel aus drei Schichten: einer selbstheilenden Beschichtung auf der Oberfläche, einer Polymerfolie in der Mitte und einem Acryl-Haftklebstoff auf der unteren Schicht. TPU ist eines der Hauptmaterialien zur Herstellung von Polymerzwischenfolien.
Die Leistungsanforderungen an TPU, das in Lackschutzfolien verwendet wird, lauten wie folgt: Kratzfestigkeit, hohe Transparenz (Lichtdurchlässigkeit > 95 %), Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Zugfestigkeit > 50 MPa, Dehnung > 400 % und Shore-A-Härtebereich von 87–93; Die wichtigste Leistung ist die Witterungsbeständigkeit, die Beständigkeit gegen UV-Alterung, thermischen oxidativen Abbau und Hydrolyse umfasst.
Die derzeit ausgereiften Produkte sind aliphatische TPU, die aus den Rohstoffen Dicyclohexyldiisocyanat (H12MDI) und Polycaprolactondiol hergestellt werden. Gewöhnliches aromatisches TPU vergilbt nach einem Tag UV-Bestrahlung sichtbar, während aliphatische TPU, die für Autofolien verwendet werden, ihren Vergilbungskoeffizienten unter denselben Bedingungen ohne nennenswerte Veränderungen beibehalten können.
Poly (ε – Caprolacton) TPU weist im Vergleich zu Polyether- und Polyester-TPU eine ausgewogenere Leistung auf. Einerseits weist es die hervorragende Reißfestigkeit von herkömmlichem Polyester-TPU auf, andererseits zeichnet es sich durch eine hervorragende bleibende Verformung bei geringer Kompression und eine hohe Rückfederung von Polyether-TPU aus und erfreut sich daher einer breiten Marktpräsenz.
Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen an die Kosteneffizienz von Produkten nach der Marktsegmentierung besteht mit der Verbesserung der Oberflächenbeschichtungstechnologie und der Möglichkeit, die Klebstoffformel anzupassen, auch die Chance, dass Polyether oder gewöhnliches Polyester H12MDI-aliphatisches TPU künftig für Lackschutzfolien verwendet werden.
5. Biobasiertes TPU
Die gängige Methode zur Herstellung biobasierter TPU besteht darin, während des Polymerisationsprozesses biobasierte Monomere oder Zwischenprodukte einzuführen, beispielsweise biobasierte Isocyanate (wie MDI, PDI), biobasierte Polyole usw. Unter diesen sind biobasierte Isocyanate auf dem Markt relativ selten, während biobasierte Polyole weiter verbreitet sind.
Im Bereich biobasierter Isocyanate investierten BASF, Covestro und andere bereits im Jahr 2000 intensiv in die PDI-Forschung, und die ersten PDI-Produkte kamen 2015/16 auf den Markt. Wanhua Chemical entwickelte 100 % biobasierte TPU-Produkte auf Basis von biobasiertem PDI aus Maisstroh.
Zu den biobasierten Polyolen zählen biobasiertes Polytetrafluorethylen (PTMEG), biobasiertes 1,4-Butandiol (BDO), biobasiertes 1,3-Propandiol (PDO), biobasierte Polyesterpolyole, biobasierte Polyetherpolyole usw.
Derzeit haben mehrere TPU-Hersteller biobasiertes TPU auf den Markt gebracht, dessen Leistung mit der von herkömmlichem petrochemischem TPU vergleichbar ist. Der Hauptunterschied zwischen diesen biobasierten TPUs liegt im Anteil biobasierter Materialien, der in der Regel zwischen 30 % und 40 % liegt, wobei einige sogar höhere Anteile erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichem petrochemischem TPU bietet biobasiertes TPU Vorteile wie die Reduzierung von CO2-Emissionen, die nachhaltige Regeneration von Rohstoffen, eine umweltfreundliche Produktion und Ressourcenschonung. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical undLinghua Neue Materialienhaben ihre biobasierten TPU-Marken auf den Markt gebracht und auch in Zukunft sind Kohlenstoffreduzierung und Nachhaltigkeit wichtige Richtungen für die TPU-Entwicklung.
Beitragszeit: 09.08.2024