TPU é um elastômero termoplástico de poliuretano, um copolímero em bloco multifásico composto por diisocianatos, polióis e extensores de cadeia. Como um elastômero de alto desempenho, o TPU possui uma ampla gama de aplicações e é amplamente utilizado em necessidades diárias, equipamentos esportivos, brinquedos, materiais decorativos e outros setores, como materiais para calçados, mangueiras, cabos, dispositivos médicos, etc.
Atualmente, os principais fabricantes de matéria-prima de TPU incluem BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical,Linghua Novos Materiais, e assim por diante. Com a expansão do layout e da capacidade das empresas nacionais, a indústria de TPU é atualmente altamente competitiva. No entanto, no campo de aplicações de ponta, ainda depende de importações, área em que a China também precisa avançar. Vamos falar sobre as perspectivas futuras do mercado de produtos de TPU.
1. E-TPU de espuma supercrítica
Em 2012, a Adidas e a BASF desenvolveram em conjunto a marca de tênis de corrida EnergyBoost, que utiliza TPU espumado (nome comercial infinergy) como material da entressola. Graças ao uso de TPU poliéter com dureza Shore A de 80-85 como substrato, em comparação com as entressolas de EVA, as entressolas de TPU espumado ainda mantêm boa elasticidade e maciez em ambientes abaixo de 0 °C, o que melhora o conforto de uso e é amplamente reconhecido no mercado.
2. Material composto de TPU modificado reforçado com fibra
O TPU apresenta boa resistência ao impacto, mas em algumas aplicações são necessários altos módulos de elasticidade e materiais muito duros. A modificação do reforço com fibra de vidro é uma técnica comumente utilizada para aumentar o módulo de elasticidade dos materiais. Por meio da modificação, podem ser obtidos materiais compósitos termoplásticos com inúmeras vantagens, como alto módulo de elasticidade, bom isolamento, alta resistência ao calor, bom desempenho de recuperação elástica, boa resistência à corrosão, resistência ao impacto, baixo coeficiente de expansão e estabilidade dimensional.
A BASF introduziu em sua patente uma tecnologia para a preparação de TPU reforçado com fibra de vidro de alto módulo utilizando fibras curtas de vidro. Um TPU com dureza Shore D de 83 foi sintetizado pela mistura de politetrafluoroetilenoglicol (PTMEG, Mn = 1000), MDI e 1,4-butanodiol (BDO) com 1,3-propanodiol como matérias-primas. Este TPU foi composto com fibra de vidro na proporção de massa de 52:48 para obter um material compósito com módulo de elasticidade de 18,3 GPa e resistência à tração de 244 MPa.
Além da fibra de vidro, também há relatos de produtos que usam TPU composto de fibra de carbono, como a placa composta de fibra de carbono/TPU Maezio da Covestro, que tem um módulo de elasticidade de até 100 GPa e uma densidade menor que os metais.
3. TPU retardante de chamas sem halogênio
O TPU possui alta resistência, alta tenacidade, excelente resistência ao desgaste e outras propriedades, tornando-o um material de revestimento muito adequado para fios e cabos. No entanto, em campos de aplicação como estações de recarga, é necessária uma maior resistência à chama. Geralmente, existem duas maneiras de melhorar o desempenho retardante de chama do TPU. Uma delas é a modificação retardante de chama reativa, que envolve a introdução de materiais retardantes de chama, como polióis ou isocianatos contendo fósforo, nitrogênio e outros elementos, na síntese do TPU por meio de ligação química. A segunda é a modificação retardante de chama aditiva, que envolve o uso do TPU como substrato e a adição de retardantes de chama para a mistura do fundido.
A modificação reativa pode alterar a estrutura do TPU, mas quando a quantidade de aditivo retardante de chamas é alta, a resistência do TPU diminui, o desempenho do processamento se deteriora e a adição de uma pequena quantidade não atinge o nível de retardante de chamas necessário. Atualmente, não há nenhum produto comercialmente disponível com alto poder retardante de chamas que realmente atenda à aplicação em estações de recarga.
A antiga Bayer MaterialScience (atual Kostron) apresentou em uma patente um poliol orgânico contendo fósforo (IHPO) à base de óxido de fosfina. O TPU poliéter sintetizado a partir de IHPO, PTMEG-1000, 4,4'-MDI e BDO apresenta excelentes propriedades mecânicas e de retardamento de chama. O processo de extrusão é suave e a superfície do produto é lisa.
A adição de retardantes de chama sem halogênio é atualmente a rota técnica mais comumente utilizada para a preparação de TPU retardante de chama sem halogênio. Geralmente, retardantes de chama à base de fósforo, nitrogênio, silício e boro são compostos ou hidróxidos metálicos são usados como retardantes de chama. Devido à inflamabilidade inerente do TPU, uma quantidade de enchimento de retardante de chama superior a 30% é frequentemente necessária para formar uma camada retardante de chama estável durante a combustão. No entanto, quando a quantidade de retardante de chama adicionada é grande, o retardante de chama é disperso de forma desigual no substrato de TPU, e as propriedades mecânicas do TPU retardante de chama não são ideais, o que também limita sua aplicação e promoção em áreas como mangueiras, filmes e cabos.
A patente da BASF introduz uma tecnologia de TPU retardante de chamas, que combina polifosfato de melamina e um derivado de ácido fosfínico contendo fósforo como retardantes de chamas com TPU com peso molecular médio ponderal superior a 150 kDa. Constatou-se que o desempenho retardante de chamas foi significativamente aprimorado, alcançando alta resistência à tração.
Para aumentar ainda mais a resistência à tração do material, a patente da BASF apresenta um método para preparar masterbatch de agente de reticulação contendo isocianatos. A adição de 2% desse tipo de masterbatch a uma composição que atenda aos requisitos de retardante de chamas da norma UL94V-0 pode aumentar a resistência à tração do material de 35 MPa para 40 MPa, mantendo o desempenho de retardante de chamas da norma V-0.
Para melhorar a resistência ao envelhecimento térmico do TPU retardante de chamas, a patente deEmpresa de Novos Materiais Linghuatambém apresenta um método de utilização de hidróxidos metálicos revestidos superficialmente como retardantes de chama. A fim de melhorar a resistência à hidrólise do TPU retardante de chama,Empresa de Novos Materiais Linghuaintroduziu carbonato metálico com base na adição de retardante de chamas de melamina em outro pedido de patente.
4. TPU para película de proteção de pintura automotiva
A película protetora de pintura automotiva é uma película protetora que isola a superfície da pintura do ar após a instalação, previne chuva ácida, oxidação e arranhões, além de proporcionar proteção duradoura à superfície da pintura. Sua principal função é proteger a superfície da pintura do carro após a instalação. A película protetora de pintura geralmente consiste em três camadas: uma camada auto-reparadora na superfície, uma película de polímero no meio e um adesivo acrílico sensível à pressão na camada inferior. O TPU é um dos principais materiais para a preparação de películas intermediárias de polímero.
Os requisitos de desempenho para TPU usado em película de proteção de pintura são os seguintes: resistência a arranhões, alta transparência (transmitância de luz > 95%), flexibilidade em baixas temperaturas, resistência a altas temperaturas, resistência à tração > 50 MPa, alongamento > 400% e faixa de dureza Shore A de 87-93; O desempenho mais importante é a resistência às intempéries, que inclui resistência ao envelhecimento UV, degradação oxidativa térmica e hidrólise.
Os produtos atualmente maduros são o TPU alifático preparado a partir de diisocianato de diciclohexila (H12MDI) e policaprolactona diol como matérias-primas. O TPU aromático comum fica visivelmente amarelo após um dia de irradiação UV, enquanto o TPU alifático usado em películas para envelopamento de carros pode manter seu coeficiente de amarelamento sem alterações significativas nas mesmas condições.
O TPU de poli(ε – caprolactona) apresenta um desempenho mais equilibrado em comparação com o TPU de poliéter e poliéster. Por um lado, apresenta excelente resistência ao rasgo do TPU de poliéster comum, enquanto, por outro, também demonstra excelente baixa deformação permanente por compressão e alto desempenho de rebote do TPU de poliéter, sendo amplamente utilizado no mercado.
Devido aos diferentes requisitos de custo-benefício do produto após a segmentação de mercado, com a melhoria da tecnologia de revestimento de superfície e capacidade de ajuste da fórmula adesiva, também há uma chance de que o TPU alifático H12MDI de poliéter ou poliéster comum seja aplicado em filmes de proteção de pintura no futuro.
5. TPU de base biológica
O método comum para preparar TPU de base biológica é introduzir monômeros ou intermediários de base biológica durante o processo de polimerização, como isocianatos de base biológica (como MDI, PDI), polióis de base biológica, etc. Entre eles, os isocianatos de base biológica são relativamente raros no mercado, enquanto os polióis de base biológica são mais comuns.
Em termos de isocianatos de origem biológica, já em 2000, a BASF, a Covestro e outras empresas investiram muito em pesquisas sobre PDI, e o primeiro lote de produtos PDI foi lançado no mercado em 2015-2016. A Wanhua Chemical desenvolveu produtos TPU 100% de origem biológica usando PDI de origem biológica feito de palha de milho.
Em termos de polióis de base biológica, inclui politetrafluoroetileno de base biológica (PTMEG), 1,4-butanodiol de base biológica (BDO), 1,3-propanodiol de base biológica (PDO), polióis de poliéster de base biológica, polióis de poliéter de base biológica, etc.
Atualmente, diversos fabricantes de TPU lançaram TPU de base biológica, cujo desempenho é comparável ao TPU tradicional de base petroquímica. A principal diferença entre esses TPUs de base biológica reside no nível de conteúdo de base biológica, geralmente variando de 30% a 40%, com alguns atingindo níveis ainda mais elevados. Comparado ao TPU tradicional de base petroquímica, o TPU de base biológica apresenta vantagens como redução das emissões de carbono, regeneração sustentável de matérias-primas, produção verde e conservação de recursos. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical eLinghua Novos Materiaislançaram suas marcas de TPU de base biológica, e a redução de carbono e a sustentabilidade também são direções importantes para o desenvolvimento de TPU no futuro.
Horário da postagem: 09/08/2024