TPU ist ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, ein mehrphasiges Blockcopolymer aus Diisocyanaten, Polyolen und Kettenverlängerern. Als Hochleistungselastomer verfügt TPU über ein breites Spektrum an nachgelagerten Produktrichtungen und wird häufig im täglichen Bedarf, in Sportgeräten, Spielzeugen, Dekorationsmaterialien und anderen Bereichen wie Schuhmaterialien, Schläuchen, Kabeln, medizinischen Geräten usw. eingesetzt.
Zu den wichtigsten TPU-Rohstoffherstellern gehören derzeit BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua Neue Materialien, und so weiter. Aufgrund des Aufbaus und der Kapazitätserweiterung inländischer Unternehmen ist die TPU-Industrie derzeit hart umkämpft. Im High-End-Anwendungsbereich ist es jedoch immer noch auf Importe angewiesen, auch in diesem Bereich muss China Durchbrüche erzielen. Lassen Sie uns über die zukünftigen Marktaussichten von TPU-Produkten sprechen.
1. Überkritisch schäumendes E-TPU
Im Jahr 2012 entwickelten Adidas und BASF gemeinsam die Laufschuhmarke EnergyBoost, die als Zwischensohlenmaterial geschäumtes TPU (Handelsname Infinergy) verwendet. Aufgrund der Verwendung von Polyether-TPU mit einer Shore-A-Härte von 80–85 als Substrat können geschäumte TPU-Zwischensohlen im Vergleich zu EVA-Zwischensohlen auch in Umgebungen unter 0 °C eine gute Elastizität und Weichheit beibehalten, was den Tragekomfort verbessert und weithin anerkannt ist Der Markt.
2. Faserverstärktes modifiziertes TPU-Verbundmaterial
TPU verfügt über eine gute Schlagfestigkeit, in einigen Anwendungen sind jedoch ein hoher Elastizitätsmodul und sehr harte Materialien erforderlich. Die Modifikation von Glasfaserverstärkungen ist eine häufig verwendete Technik zur Erhöhung des Elastizitätsmoduls von Materialien. Durch Modifikation können thermoplastische Verbundwerkstoffe mit vielen Vorteilen wie hohem Elastizitätsmodul, guter Isolierung, starker Wärmebeständigkeit, guter elastischer Erholungsleistung, guter Korrosionsbeständigkeit, Schlagfestigkeit, niedrigem Ausdehnungskoeffizienten und Dimensionsstabilität erhalten werden.
BASF hat in seinem Patent eine Technologie zur Herstellung von glasfaserverstärktem TPU mit hohem Modul unter Verwendung von Glasfaserkurzfasern vorgestellt. Ein TPU mit einer Shore-D-Härte von 83 wurde durch Mischen von Polytetrafluorethylenglykol (PTMEG, Mn=1000), MDI und 1,4-Butandiol (BDO) mit 1,3-Propandiol als Rohstoffen synthetisiert. Dieses TPU wurde mit Glasfasern in einem Massenverhältnis von 52:48 vermischt, um ein Verbundmaterial mit einem Elastizitätsmodul von 18,3 GPa und einer Zugfestigkeit von 244 MPa zu erhalten.
Neben Glasfasern gibt es auch Berichte über Produkte, die TPU aus Kohlefaserverbundwerkstoff verwenden, wie etwa die Kohlefaser/TPU-Verbundplatte Maezio von Covestro, die einen Elastizitätsmodul von bis zu 100 GPa und eine geringere Dichte als Metalle aufweist.
3. Halogenfreies flammhemmendes TPU
TPU verfügt über eine hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, hervorragende Verschleißfestigkeit und andere Eigenschaften, was es zu einem sehr geeigneten Mantelmaterial für Drähte und Kabel macht. Doch in Anwendungsbereichen wie Ladestationen ist eine höhere Flammwidrigkeit erforderlich. Generell gibt es zwei Möglichkeiten, die Flammschutzleistung von TPU zu verbessern. Eine davon ist die reaktive flammhemmende Modifizierung, 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 Möglichkeit ist die additive Flammschutzmodifizierung, bei der TPU als Substrat verwendet und Flammschutzmittel zum Schmelzmischen hinzugefügt werden.
Eine reaktive Modifikation kann die Struktur von TPU verändern, aber wenn die Menge des zusätzlichen Flammschutzmittels groß ist, nimmt die Festigkeit des TPU ab, die Verarbeitungsleistung verschlechtert sich und durch die Zugabe einer kleinen Menge kann das erforderliche Flammschutzniveau nicht erreicht werden. Derzeit gibt es kein kommerziell erhältliches hochflammhemmendes Produkt, das den Einsatzmöglichkeiten von Ladestationen wirklich gerecht wird.
Das ehemalige Unternehmen Bayer MaterialScience (heute Kostron) hat einmal in einem Patent ein organisches phosphorhaltiges Polyol (IHPO) auf Basis von Phosphinoxid eingeführt. Das aus IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI und BDO synthetisierte Polyether-TPU weist hervorragende Flammschutzeigenschaften und mechanische Eigenschaften auf. Der Extrusionsprozess verläuft reibungslos und die Oberfläche des Produkts ist glatt.
Der Zusatz von halogenfreien Flammschutzmitteln ist derzeit der am häufigsten genutzte technische Weg zur Herstellung von halogenfreiem Flammschutz-TPU. Im Allgemeinen werden Flammschutzmittel auf Phosphor-, Stickstoff-, Silizium- und Borbasis gemischt oder Metallhydroxide als Flammschutzmittel verwendet. Aufgrund der inhärenten Brennbarkeit von TPU ist häufig eine Flammschutzfüllmenge von mehr als 30 % erforderlich, um bei der Verbrennung eine stabile Flammschutzschicht zu bilden. Wenn jedoch die Menge des zugesetzten Flammschutzmittels groß ist, wird das Flammschutzmittel ungleichmäßig im TPU-Substrat verteilt und die mechanischen Eigenschaften des flammhemmenden TPU sind nicht ideal, was auch seine Anwendung und Förderung in Bereichen wie Schläuchen und Folien einschränkt und Kabel.
Das Patent der BASF führt eine flammhemmende TPU-Technologie ein, die Melaminpolyphosphat und ein phosphorhaltiges Derivat der Phosphinsäure als Flammschutzmittel mit TPU mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von mehr als 150 kDa mischt. Es wurde festgestellt, dass die Flammschutzleistung deutlich verbessert wurde und gleichzeitig eine hohe Zugfestigkeit erreicht wurde.
Um die Zugfestigkeit des Materials weiter zu erhöhen, stellt das BASF-Patent ein Verfahren zur Herstellung eines Vernetzungsmittel-Masterbatches mit Isocyanaten vor. Die Zugabe von 2 % dieser Art von Masterbatch zu einer Zusammensetzung, die die Flammschutzanforderungen UL94V-0 erfüllt, kann die Zugfestigkeit des Materials von 35 MPa auf 40 MPa erhöhen und gleichzeitig die Flammschutzleistung V-0 beibehalten.
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 flammgeschütztem TPU zu verbessern,Linghua New Materials Companyführte in einer anderen Patentanmeldung Metallcarbonat auf Basis der Zugabe von Melamin-Flammschutzmittel ein.
4. TPU für Autolackschutzfolien
Autolackschutzfolie ist eine Schutzfolie, die die Lackoberfläche nach der Installation von der Luft isoliert, sauren Regen, Oxidation und Kratzer verhindert und die Lackoberfläche langanhaltend schützt. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Lackoberfläche des Autos nach der Installation zu schützen. Die Lackschutzfolie besteht im Allgemeinen aus drei Schichten, mit 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 Polymerzwischenfilmen.
Die Leistungsanforderungen für in Lackschutzfolien verwendetes TPU lauten wie folgt: Kratzfestigkeit, hohe Transparenz (Lichtdurchlässigkeit > 95 %), Kälteflexibilität, Hochtemperaturbeständigkeit, Zugfestigkeit > 50 MPa, Dehnung > 400 % und Shore A Härtebereich von 87–93; Die wichtigste Leistung ist die Witterungsbeständigkeit, zu der die Beständigkeit gegen UV-Alterung, thermisch-oxidativen Abbau und Hydrolyse gehört.
Die derzeit ausgereiften Produkte sind aliphatische TPU, die aus Dicyclohexyldiisocyanat (H12MDI) und Polycaprolactondiol als Rohstoffen hergestellt werden. Gewöhnliches aromatisches TPU vergilbt nach einem Tag UV-Bestrahlung sichtbar, während aliphatisches TPU, das für Autofolien verwendet wird, seinen Vergilbungskoeffizienten unter den gleichen Bedingungen ohne nennenswerte Veränderungen beibehalten kann.
Poly (ε – Caprolacton) TPU weist im Vergleich zu Polyether- und Polyester-TPU eine ausgewogenere Leistung auf. Einerseits weist es eine ausgezeichnete Reißfestigkeit auf als gewöhnliches Polyester-TPU, andererseits weist es aber auch eine hervorragende bleibende Verformung bei geringer Kompression und eine hohe Rückprallleistung von Polyether-TPU auf und wird daher häufig auf dem Markt eingesetzt.
Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Produktkosteneffizienz nach der Marktsegmentierung sowie der Verbesserung der Oberflächenbeschichtungstechnologie und der Fähigkeit zur Anpassung der Klebstoffformulierung besteht in Zukunft auch die Möglichkeit, dass aliphatisches TPU aus Polyether oder gewöhnlichem Polyester H12MDI auf Lackschutzfolien angewendet wird.
5. Biobasiertes TPU
Die übliche Methode zur Herstellung von biobasiertem TPU besteht darin, während des Polymerisationsprozesses biobasierte Monomere oder Zwischenprodukte wie biobasierte Isocyanate (wie MDI, PDI), biobasierte Polyole usw. einzuführen. Unter diesen sind biobasierte Isocyanate relativ selten auf dem Markt, während biobasierte Polyole häufiger vorkommen.
Im Hinblick auf biobasierte Isocyanate haben BASF, Covestro und andere bereits im Jahr 2000 große Anstrengungen in die PDI-Forschung investiert und die ersten PDI-Produkte wurden 2015–2016 auf den Markt gebracht. Wanhua Chemical hat zu 100 % biobasierte TPU-Produkte unter Verwendung von biobasiertem PDI aus Maisstroh entwickelt.
Zu den biobasierten Polyolen gehören 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 Grad des biobasierten Anteils, der im Allgemeinen zwischen 30 % und 40 % liegt, wobei einige sogar höhere Werte erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichem TPU auf petrochemischer Basis bietet biobasiertes TPU Vorteile wie die Reduzierung von CO2-Emissionen, nachhaltige Regeneration von Rohstoffen, umweltfreundliche Produktion und Ressourcenschonung. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical undLinghua Neue Materialienhaben ihre biobasierten TPU-Marken auf den Markt gebracht, und Kohlenstoffreduzierung und Nachhaltigkeit sind auch wichtige Richtungen für die zukünftige TPU-Entwicklung.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.08.2024