الاتجاهات الرئيسية للتطوير المستقبلي لـ TPU

TPU عبارة عن مادة مطاطية لدنة بالحرارة من مادة البولي يوريثين، وهي عبارة عن بوليمر مشترك متعدد المراحل يتكون من ثنائي إيزوسيانات، وبوليولات، وموسعات السلسلة. باعتباره أحد المطاط الصناعي عالي الأداء، فإن مادة TPU لديها مجموعة واسعة من اتجاهات المنتجات النهائية وتستخدم على نطاق واسع في الضروريات اليومية، والمعدات الرياضية، ولعب الأطفال، ومواد الديكور، وغيرها من المجالات، مثل مواد الأحذية، والخراطيم، والكابلات، والأجهزة الطبية، وما إلى ذلك.

في الوقت الحاضر، تشمل الشركات المصنعة الرئيسية للمواد الخام TPU BASF، وCovestro، وLubrizol، وHuntsman، وWanhua Chemical،مواد لينغهوا الجديدة، وما إلى ذلك. مع تخطيط المؤسسات المحلية وتوسيع قدراتها، أصبحت صناعة TPU حاليًا ذات قدرة تنافسية عالية. ومع ذلك، في مجال التطبيقات المتطورة، لا تزال تعتمد على الواردات، وهو أيضًا مجال تحتاج الصين إلى تحقيق اختراقات فيه. دعونا نتحدث عن آفاق السوق المستقبلية لمنتجات TPU.

1. رغوة فوق الحرجة E-TPU

في عام 2012، قامت Adidas وBASF بتطوير العلامة التجارية لأحذية الجري EnergyBoost، والتي تستخدم مادة TPU الرغوية (الاسم التجاري infinergy) كمادة للنعل الأوسط. نظرًا لاستخدام بولي إيثر TPU مع صلابة Shore A 80-85 كركيزة، مقارنةً بالنعال الوسطى المصنوعة من مادة EVA، لا يزال بإمكان النعال الوسطى الرغوية المصنوعة من مادة TPU الحفاظ على مرونة ونعومة جيدة في البيئات التي تقل عن 0 درجة مئوية، مما يحسن راحة الارتداء وهو معترف به على نطاق واسع في السوق.
2. مادة TPU المعدلة والمعززة بالألياف

يتمتع TPU بمقاومة جيدة للصدمات، ولكن في بعض التطبيقات، يتطلب الأمر معامل مرونة عاليًا ومواد صلبة جدًا. تعديل تقوية الألياف الزجاجية هو أسلوب شائع الاستخدام لزيادة معامل المرونة للمواد. من خلال التعديل، يمكن الحصول على المواد المركبة بالحرارة مع العديد من المزايا مثل معامل المرونة العالي، والعزل الجيد، والمقاومة القوية للحرارة، وأداء الاسترداد المرن الجيد، ومقاومة التآكل الجيدة، ومقاومة الصدمات، ومعامل التمدد المنخفض، واستقرار الأبعاد.

قدمت شركة BASF تقنية لتحضير مادة TPU المقواة بالألياف الزجاجية ذات معامل عالي باستخدام ألياف زجاجية قصيرة في براءة اختراعها. تم تصنيع مادة TPU ذات صلابة Shore D البالغة 83 عن طريق خلط بولي تترافلوروإيثيلين جلايكول (PTMEG، Mn = 1000) وMDI و1،4-بوتانيديول (BDO) مع 1،3-بروبانديول كمواد خام. تمت مضاعفة مادة TPU هذه بألياف زجاجية بنسبة كتلة تبلغ 52:48 للحصول على مادة مركبة بمعامل مرن يبلغ 18.3 جيجا باسكال وقوة شد تبلغ 244 ميجا باسكال.

بالإضافة إلى الألياف الزجاجية، هناك أيضًا تقارير عن منتجات تستخدم مادة TPU المركبة من ألياف الكربون، مثل لوح ألياف الكربون Maezio/TPU المركب من Covestro، والذي يتمتع بمعامل مرونة يصل إلى 100 جيجا باسكال وكثافة أقل من المعادن.
3. مادة TPU خالية من الهالوجين ومثبطات اللهب

يتمتع TPU بالقوة العالية والمتانة العالية ومقاومة التآكل الممتازة وخصائص أخرى، مما يجعله مادة غمد مناسبة جدًا للأسلاك والكابلات. ولكن في مجالات التطبيق مثل محطات الشحن، يلزم وجود مثبطات أعلى للهب. هناك عمومًا طريقتان لتحسين أداء مثبطات اللهب لـ TPU. الأول هو تعديل مثبطات اللهب التفاعلية، والذي يتضمن إدخال مواد مثبطات اللهب مثل البوليولات أو الإيزوسيانات التي تحتوي على الفوسفور والنيتروجين وعناصر أخرى في تركيب مادة TPU من خلال الروابط الكيميائية؛ والثاني هو التعديل الإضافي لمثبطات اللهب، والذي يتضمن استخدام مادة TPU كركيزة وإضافة مثبطات اللهب لخلط الذوبان.

التعديل التفاعلي يمكن أن يغير هيكل TPU، ولكن عندما تكون كمية مثبطات اللهب المضافة كبيرة، تنخفض قوة TPU، ويتدهور أداء المعالجة، وإضافة كمية صغيرة لا يمكن أن تحقق مستوى مثبطات اللهب المطلوب. في الوقت الحالي، لا يوجد منتج مثبط للهب عالي الجودة متوفر تجاريًا يمكنه تلبية طلبات محطات الشحن حقًا.

قدمت شركة Bayer MaterialScience السابقة (المعروفة الآن باسم Kostron) ذات مرة فوسفورًا عضويًا يحتوي على بوليول (IHPO) يعتمد على أكسيد الفوسفين في براءة اختراع. يُظهر البولي إيثر TPU المُصنّع من IHPO وPTMEG-1000 و4,4 '- MDI وBDO تثبيطًا ممتازًا للهب وخواص ميكانيكية. عملية البثق سلسة، وسطح المنتج أملس.

تعد إضافة مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين حاليًا هي الطريقة التقنية الأكثر استخدامًا لتحضير مادة TPU المقاومة للهب الخالية من الهالوجين. بشكل عام، يتم تركيب مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور والنيتروجين والسيليكون والبورون أو يتم استخدام هيدروكسيدات المعادن كمثبطات للهب. نظرًا لقابلية الاشتعال المتأصلة في مادة TPU، فغالبًا ما تكون كمية تعبئة مثبطات اللهب أكثر من 30% مطلوبة لتشكيل طبقة مثبطات اللهب مستقرة أثناء الاحتراق. ومع ذلك، عندما تكون كمية مثبطات اللهب المضافة كبيرة، يتم توزيع مثبطات اللهب بشكل غير متساو في الركيزة TPU، والخصائص الميكانيكية لمثبطات اللهب TPU ليست مثالية، مما يحد أيضًا من تطبيقها والترويج لها في مجالات مثل الخراطيم والأفلام والكابلات.

تقدم براءة اختراع BASF تقنية TPU المقاومة للهب، والتي تمزج الميلامين متعدد الفوسفات والفوسفور الذي يحتوي على مشتق من حمض الفوسفينيك كمثبطات للهب مع مادة TPU بمتوسط ​​وزن جزيئي أكبر من 150 كيلو دالتون. لقد وجد أن أداء مثبطات اللهب قد تحسن بشكل ملحوظ مع تحقيق قوة شد عالية.

لتعزيز قوة الشد للمادة بشكل أكبر، تقدم براءة اختراع BASF طريقة لتحضير خليط رئيسي من عوامل الربط المتشابكة التي تحتوي على الأيزوسيانات. يمكن أن تؤدي إضافة 2% من هذا النوع من الأصبغة الرئيسية إلى التركيبة التي تلبي متطلبات مثبطات اللهب UL94V-0 إلى زيادة قوة شد المادة من 35 ميجا باسكال إلى 40 ميجا باسكال مع الحفاظ على أداء مثبطات اللهب V-0.

لتحسين مقاومة الشيخوخة الحرارية لمادة TPU المقاومة للهب، تم الحصول على براءة اختراعشركة Linghua للمواد الجديدةيقدم أيضًا طريقة لاستخدام هيدروكسيدات المعادن المطلية بالسطح كمثبطات للهب. من أجل تحسين مقاومة التحلل المائي لـ TPU المثبط للهب،شركة Linghua للمواد الجديدةأدخلت كربونات معدنية على أساس إضافة مثبطات اللهب بالميلامين في طلب براءة اختراع آخر.

4. TPU لفيلم حماية طلاء السيارات

فيلم حماية طلاء السيارة هو فيلم وقائي يعزل سطح الطلاء عن الهواء بعد التثبيت، ويمنع المطر الحمضي، والأكسدة، والخدوش، ويوفر حماية طويلة الأمد لسطح الطلاء. وتتمثل مهمتها الرئيسية في حماية سطح طلاء السيارة بعد التثبيت. يتكون فيلم حماية الطلاء عمومًا من ثلاث طبقات، مع طلاء ذاتي الشفاء على السطح، وفيلم بوليمر في المنتصف، ولاصق أكريليك حساس للضغط على الطبقة السفلية. يعد TPU أحد المواد الرئيسية لتحضير أفلام البوليمر المتوسطة.

متطلبات أداء مادة TPU المستخدمة في طبقة حماية الطلاء هي كما يلي: مقاومة الخدش، الشفافية العالية (نفاذية الضوء> 95%)، المرونة في درجات الحرارة المنخفضة، مقاومة درجات الحرارة العالية، قوة الشد> 50 ميجا باسكال، الاستطالة> 400%، والشور أ نطاق الصلابة 87-93؛ الأداء الأكثر أهمية هو مقاومة الطقس، والتي تشمل مقاومة الشيخوخة فوق البنفسجية، والتحلل التأكسدي الحراري، والتحلل المائي.

المنتجات الناضجة حاليًا عبارة عن مادة TPU الأليفاتية المحضرة من ثنائي سيكلوهيكسيل ثنائي إيزوسيانات (H12MDI) وديول بولي كابرولاكتون كمواد خام. يتحول مادة TPU العطرية العادية إلى اللون الأصفر بشكل واضح بعد يوم واحد من التعرض للأشعة فوق البنفسجية، في حين أن مادة TPU الأليفاتية المستخدمة في فيلم تغليف السيارة يمكن أن تحافظ على معامل الاصفرار دون تغييرات كبيرة في نفس الظروف.
يتمتع البولي (ε – كابرولاكتون) TPU بأداء أكثر توازناً مقارنةً بالبولي إيثر والبوليستر TPU. من ناحية، يمكن أن يظهر مقاومة ممتازة للتمزق للبولي إيثر TPU العادي، بينما من ناحية أخرى، فإنه يُظهر أيضًا تشوهًا دائمًا منخفض الضغط وأداء ارتدادًا عاليًا للبولي إيثر TPU، وبالتالي يتم استخدامه على نطاق واسع في السوق.

نظرًا للمتطلبات المختلفة لفعالية المنتج من حيث التكلفة بعد تجزئة السوق، مع تحسين تكنولوجيا طلاء السطح والقدرة على تعديل الصيغة اللاصقة، هناك أيضًا فرصة لتطبيق البولي إيثر أو البوليستر العادي H12MDI الأليفاتي TPU على أفلام حماية الطلاء في المستقبل.

5. مادة TPU ذات الأساس الحيوي

تتمثل الطريقة الشائعة لتحضير مادة TPU ذات الأساس الحيوي في إدخال المونومرات أو المواد الوسيطة ذات الأساس الحيوي أثناء عملية البلمرة، مثل الإيزوسيانات ذات الأساس الحيوي (مثل MDI، PDI)، والبوليولات ذات الأساس الحيوي، وما إلى ذلك. ومن بينها، تعتبر الأيزوسيانات ذات الأساس الحيوي نادرة نسبيًا في في السوق، في حين أن البوليولات ذات الأساس الحيوي هي الأكثر شيوعًا.

فيما يتعلق بالإيزوسيانات ذات الأساس الحيوي، في وقت مبكر من عام 2000، استثمرت BASF وCovestro وغيرها الكثير من الجهد في أبحاث PDI، وتم طرح الدفعة الأولى من منتجات PDI في السوق في 2015-2016. قامت شركة Wanhua Chemical بتطوير منتجات TPU ذات أساس حيوي بنسبة 100% باستخدام PDI الحيوي المصنوع من حطب الذرة.

فيما يتعلق بالبوليولات ذات الأساس الحيوي، فهي تشتمل على متعدد رباعي فلورو إيثيلين ذو أساس حيوي (PTMEG)، و1.4-بيوتانيديول ذو أساس حيوي (BDO)، و1.3-بروبانديول ذو أساس حيوي (PDO)، وبوليولات بوليستر ذات أساس حيوي، وبوليولات بولي إيثر ذات أساس حيوي، وما إلى ذلك.

في الوقت الحاضر، قام العديد من مصنعي مادة TPU بإطلاق مادة TPU ذات الأساس الحيوي، والتي يمكن مقارنة أدائها بمادة TPU التقليدية المعتمدة على البتروكيماويات. يكمن الاختلاف الرئيسي بين هذه المواد TPU ذات الأساس الحيوي في مستوى المحتوى الحيوي، والذي يتراوح عمومًا من 30% إلى 40%، حتى أن بعضها يحقق مستويات أعلى. بالمقارنة مع مادة TPU التقليدية القائمة على البتروكيماويات، فإن مادة TPU ذات الأساس الحيوي تتمتع بمزايا مثل تقليل انبعاثات الكربون، والتجديد المستدام للمواد الخام، والإنتاج الأخضر، والحفاظ على الموارد. باسف، كوفيسترو، لوبريزول، وانهوا كيميكال، ومواد لينغهوا الجديدةأطلقت علاماتها التجارية المصنوعة من مادة TPU ذات الأساس الحيوي، ويعتبر تقليل الكربون والاستدامة أيضًا من الاتجاهات الرئيسية لتطوير مادة TPU في المستقبل.