Orientations clés pour le développement futur du TPU

Le TPU est un élastomère thermoplastique polyuréthane, qui est un copolymère bloc multiphasé composé de diisocyanates, de polyols et d'extenseurs de chaîne. En tant qu'élastomère haute performance, le TPU propose un large éventail de produits en aval et est largement utilisé dans les nécessités quotidiennes, les équipements sportifs, les jouets, les matériaux décoratifs et d'autres domaines, tels que les matériaux pour chaussures, les tuyaux, les câbles, les dispositifs médicaux, etc.

À l'heure actuelle, les principaux fabricants de matières premières TPU sont BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua Nouveaux Matériaux, et ainsi de suite. Avec la configuration et l’expansion des capacités des entreprises nationales, l’industrie du TPU est actuellement très compétitive. Cependant, dans le domaine des applications haut de gamme, elle dépend toujours des importations, qui sont également un domaine dans lequel la Chine doit réaliser des percées. Parlons des perspectives futures du marché des produits TPU.

1. E-TPU moussant supercritique

En 2012, Adidas et BASF ont développé conjointement la marque de chaussures de course EnergyBoost, qui utilise de la mousse TPU (nom commercial infinergy) comme matériau de semelle intermédiaire. Grâce à l'utilisation de polyéther TPU avec une dureté Shore A de 80 à 85 comme substrat, par rapport aux semelles intercalaires en EVA, les semelles intercalaires en mousse TPU peuvent toujours conserver une bonne élasticité et douceur dans des environnements inférieurs à 0 ℃, ce qui améliore le confort de port et est largement reconnu dans le marché.
2. Matériau composite TPU modifié renforcé de fibres

Le TPU a une bonne résistance aux chocs, mais dans certaines applications, un module élastique élevé et des matériaux très durs sont nécessaires. La modification du renforcement en fibre de verre est une technique couramment utilisée pour augmenter le module élastique des matériaux. Grâce à la modification, des matériaux composites thermoplastiques présentant de nombreux avantages tels qu'un module d'élasticité élevé, une bonne isolation, une forte résistance à la chaleur, de bonnes performances de récupération élastique, une bonne résistance à la corrosion, une résistance aux chocs, un faible coefficient de dilatation et une stabilité dimensionnelle peuvent être obtenus.

BASF a introduit dans son brevet une technologie permettant de préparer du TPU renforcé de fibre de verre à module élevé utilisant des fibres courtes de verre. Un TPU avec une dureté Shore D de 83 a été synthétisé en mélangeant du polytétrafluoroéthylène glycol (PTMEG, Mn = 1 000), du MDI et du 1,4-butanediol (BDO) avec du 1,3-propanediol comme matières premières. Ce TPU a été mélangé à de la fibre de verre dans un rapport massique de 52:48 pour obtenir un matériau composite avec un module élastique de 18,3 GPa et une résistance à la traction de 244 MPa.

En plus de la fibre de verre, il existe également des rapports faisant état de produits utilisant du TPU composite en fibre de carbone, tels que le panneau composite fibre de carbone/TPU Maezio de Covestro, qui a un module d'élasticité allant jusqu'à 100 GPa et une densité inférieure à celle des métaux.
3. TPU ignifuge sans halogène

Le TPU a une résistance élevée, une ténacité élevée, une excellente résistance à l'usure et d'autres propriétés, ce qui en fait un matériau de gaine très approprié pour les fils et câbles. Mais dans des domaines d'application tels que les stations de recharge, un caractère ignifuge plus élevé est requis. Il existe généralement deux manières d’améliorer les performances ignifuges du TPU. L'une est la modification ignifuge réactive, qui implique l'introduction de matériaux ignifuges tels que des polyols ou des isocyanates contenant du phosphore, de l'azote et d'autres éléments dans la synthèse du TPU par liaison chimique ; La seconde est une modification ignifuge additive, qui implique l'utilisation du TPU comme substrat et l'ajout de retardateurs de flamme pour le mélange à l'état fondu.

La modification réactive peut modifier la structure du TPU, mais lorsque la quantité d'additif ignifuge est importante, la résistance du TPU diminue, les performances de traitement se détériorent et l'ajout d'une petite quantité ne peut pas atteindre le niveau ignifuge requis. À l’heure actuelle, il n’existe aucun produit hautement ignifuge disponible dans le commerce qui puisse réellement répondre à l’application des bornes de recharge.

L'ancien Bayer MaterialScience (aujourd'hui Kostron) a introduit dans un brevet un polyol organique contenant du phosphore (IHPO) à base d'oxyde de phosphine. Le polyéther TPU synthétisé à partir d'IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI et BDO présente d'excellentes propriétés ignifuges et mécaniques. Le processus d'extrusion est lisse et la surface du produit est lisse.

L’ajout de retardateurs de flamme sans halogène est actuellement la voie technique la plus couramment utilisée pour préparer du TPU ignifuge sans halogène. Généralement, des retardateurs de flamme à base de phosphore, à base d'azote, à base de silicium et à base de bore sont composés ou des hydroxydes métalliques sont utilisés comme retardateurs de flamme. En raison de l'inflammabilité inhérente du TPU, une quantité de remplissage ignifuge supérieure à 30 % est souvent nécessaire pour former une couche ignifuge stable pendant la combustion. Cependant, lorsque la quantité de retardateur de flamme ajoutée est importante, le retardateur de flamme est inégalement dispersé dans le substrat TPU et les propriétés mécaniques du TPU retardateur de flamme ne sont pas idéales, ce qui limite également son application et sa promotion dans des domaines tels que les tuyaux, les films. , et les câbles.

Le brevet de BASF introduit une technologie TPU ignifuge, qui mélange du polyphosphate de mélamine et un dérivé de l'acide phosphinique contenant du phosphore comme ignifugeants avec du TPU avec un poids moléculaire moyen supérieur à 150 kDa. Il a été constaté que les performances ignifuges étaient considérablement améliorées tout en atteignant une résistance à la traction élevée.

Pour améliorer encore la résistance à la traction du matériau, le brevet de BASF introduit une méthode de préparation d'un mélange maître d'agent de réticulation contenant des isocyanates. L'ajout de 2 % de ce type de mélange maître à une composition qui répond aux exigences ignifuges UL94V-0 peut augmenter la résistance à la traction du matériau de 35 MPa à 40 MPa tout en maintenant les performances ignifuges V-0.

Pour améliorer la résistance au vieillissement thermique du TPU ignifuge, le brevet deSociété de nouveaux matériaux Linghuaintroduit également une méthode d'utilisation d'hydroxydes métalliques revêtus en surface comme ignifuges. Afin d'améliorer la résistance à l'hydrolyse du TPU ignifuge,Société de nouveaux matériaux Linghuaintroduit le carbonate métallique sur la base de l'ajout d'un retardateur de flamme à la mélamine dans une autre demande de brevet.

4. TPU pour film de protection de peinture automobile

Le film de protection de peinture automobile est un film protecteur qui isole la surface de la peinture de l'air après l'installation, empêche les pluies acides, l'oxydation, les rayures et offre une protection durable à la surface de la peinture. Sa fonction principale est de protéger la surface de la peinture de la voiture après l'installation. Le film de protection de peinture se compose généralement de trois couches, avec un revêtement auto-cicatrisant sur la surface, un film polymère au milieu et un adhésif acrylique sensible à la pression sur la couche inférieure. Le TPU est l'un des principaux matériaux pour la préparation de films polymères intermédiaires.

Les exigences de performance pour le TPU utilisé dans le film de protection de peinture sont les suivantes : résistance aux rayures, transparence élevée (transmission de la lumière > 95 %), flexibilité à basse température, résistance à haute température, résistance à la traction > 50 MPa, allongement > 400 % et Shore A. plage de dureté de 87 à 93 ; La performance la plus importante est la résistance aux intempéries, qui comprend la résistance au vieillissement UV, à la dégradation par oxydation thermique et à l'hydrolyse.

Les produits actuellement matures sont le TPU aliphatique préparé à partir de diisocyanate de dicyclohexyle (H12MDI) et de polycaprolactone diol comme matières premières. Le TPU aromatique ordinaire jaunit visiblement après une journée d'irradiation UV, tandis que le TPU aliphatique utilisé pour le film d'habillage de voiture peut conserver son coefficient de jaunissement sans changements significatifs dans les mêmes conditions.
Le Poly (ε – caprolactone) TPU a des performances plus équilibrées par rapport au polyéther et au polyester TPU. D'une part, il peut présenter une excellente résistance à la déchirure du polyester TPU ordinaire, tandis que d'autre part, il démontre également une déformation permanente exceptionnelle à faible compression et des performances de rebond élevées du polyéther TPU, étant ainsi largement utilisé sur le marché.

En raison des différentes exigences en matière de rentabilité des produits après la segmentation du marché, avec l'amélioration de la technologie de revêtement de surface et de la capacité d'ajustement de la formule adhésive, il existe également une chance que le TPU aliphatique H12MDI en polyéther ou en polyester ordinaire soit appliqué aux films de protection de peinture à l'avenir.

5. TPU biosourcé

La méthode courante de préparation du TPU biosourcé consiste à introduire des monomères ou des intermédiaires biosourcés pendant le processus de polymérisation, tels que des isocyanates biosourcés (tels que MDI, PDI), des polyols biosourcés, etc. Parmi eux, les isocyanates biosourcés sont relativement rares dans le monde. marché, tandis que les polyols biosourcés sont plus courants.

En ce qui concerne les isocyanates biologiques, dès 2000, BASF, Covestro et d'autres ont investi beaucoup d'efforts dans la recherche PDI, et le premier lot de produits PDI a été mis sur le marché en 2015-2016. Wanhua Chemical a développé des produits TPU 100 % biosourcés en utilisant du PDI biosourcé à base de tiges de maïs.

En termes de polyols biosourcés, il comprend le polytétrafluoroéthylène biosourcé (PTMEG), le 1,4-butanediol biosourcé (BDO), le 1,3-propanediol biosourcé (PDO), les polyols polyester biosourcés, les polyols polyéther biosourcés, etc.

À l’heure actuelle, plusieurs fabricants de TPU ont lancé des TPU biosourcés, dont les performances sont comparables à celles des TPU pétrochimiques traditionnels. La principale différence entre ces TPU biosourcés réside dans le niveau de contenu biosourcé, généralement compris entre 30 % et 40 %, certains atteignant même des niveaux plus élevés. Comparé au TPU pétrochimique traditionnel, le TPU biosourcé présente des avantages tels que la réduction des émissions de carbone, la régénération durable des matières premières, la production verte et la conservation des ressources. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical etLinghua Nouveaux Matériauxont lancé leurs marques de TPU biosourcés, et la réduction des émissions de carbone et la durabilité sont également des orientations clés pour le développement futur du TPU.