TPU是一種聚氨酯熱塑性彈性體，是由二異氰酸酯、多元醇和擴鏈劑組成的多相嵌段共聚物。 TPU作為高性能彈性體，下游產品方向廣泛，廣泛應用於日用品、運動器材、玩具、裝飾材料等領域，如鞋材、軟管、電纜、醫療器材等。
目前主要的TPU原料廠商包括巴斯夫、科思創、路博潤、亨斯邁、萬華化學、菱華新材料等等。隨著國內企業的佈局和產能擴張，目前TPU產業競爭激烈。但在高端應用領域，仍依賴進口，這也是我國亟待突破的領域。我們來談談TPU產品未來的市場前景。
1.超臨界發泡E-TPU
2012年，阿迪達斯與巴斯夫共同開發了跑鞋品牌EnergyBoost，品牌採用發泡TPU（商品名infinergy）作為中底材質。由於採用邵氏A硬度80-85的聚醚型TPU作為基材，相比EVA中底，發泡TPU中底在0℃以下的環境下依然能夠保持良好的彈性和柔軟度，提升穿著舒適度，受到市場的廣泛認可。
2.纖維增強改質TPU複合材料
TPU具有良好的抗衝擊性，但在某些應用中，需要高彈性模量且非常堅硬的材料。玻璃纖維增強改質是提高材料彈性模量的常用技術。透過改性，可以獲得具有高彈性模量、絕緣性好、耐熱性強、彈性回復性能好、耐腐蝕性好、耐衝擊性好、膨脹係數低、尺寸穩定等諸多優點的熱塑性複合材料。
巴斯夫在專利中介紹了一種利用玻璃短纖維製備高模量玻纖增強TPU的技術。以聚四氟乙二醇（PTMEG，Mn=1000）、MDI、1,4-丁二醇（BDO）及1,3-丙二醇為原料混合，合成邵氏D硬度為83的TPU。將此TPU與玻璃纖維依質量比52:48進行複合，得到彈性模量為18.3GPa、拉伸強度為244MPa的複合材料。
除了玻璃纖維外，也有報告顯示產品採用了碳纖維複合TPU，如科思創的Maezio碳纖維/TPU複合板，其彈性模量高達100GPa，密度比金屬還低。
3.無鹵阻燃TPU
TPU具有高強度、高韌性、優異的耐磨性等性能，是非常適合電線電纜的護套材料。但在充電站等應用領域，對阻燃性能有更高的要求。提高TPU阻燃性能的途徑一般有兩種：一是反應型阻燃改性，即在TPU的合成過程中，透過化學鍵合的方式引入含磷、氮等元素的多元醇或異氰酸酯等阻燃材料；二是添加型阻燃改性，即以TPU為基材，添加阻燃劑進行熔混。
反應性改質可以改變TPU的結構，但添加阻燃劑用量較大時，TPU強度下降，加工性能變差，且添加量較少時無法達到所需的阻燃量。目前尚無市售的真正滿足充電站應用的高阻燃產品。
原拜耳材料科技（現Kostron公司）曾在專利中介紹一種基於氧化膦的有機含磷多元醇（IHPO）。以IHPO、PTMEG-1000、4,4'-MDI、BDO為原料合成的聚醚型TPU，表現出優異的阻燃性和機械性能，擠出製程流暢，製品表面光滑。
添加無鹵阻燃劑是目前製備無鹵阻燃TPU最常用的技術路線，通常採用磷系、氮系、矽系、硼系阻燃劑配製或採用金屬氫氧化物作為阻燃劑。由於TPU固有的易燃性，往往需要30%以上的阻燃劑填充量才能在燃燒時形成穩定的阻燃層。然而，當阻燃劑添加量較大時，阻燃劑在TPU基材中分散不均勻，阻燃TPU的機械性能不理想，也限制了其在膠管、薄膜、電纜等領域的應用和推廣。
巴斯夫的專利介紹了一種阻燃TPU技術，將三聚氰胺聚磷酸鹽和含磷的次膦酸衍生物作為阻燃劑，與重均分子量大於150kDa的TPU共混，發現在實現高拉伸強度的同時，阻燃性能得到顯著提升。
為了進一步提升材料的拉伸強度，巴斯夫的專利介紹了一種製備含異氰酸酯的交聯劑母粒的方法。在符合UL94V-0阻燃要求的組合物中添加2%的該類母粒，可將材料的拉伸強度從35MPa提高到40MPa，同時維持V-0阻燃性能。
為了提高阻燃TPU的耐熱老化性能，菱華新材料公司也介紹了一種利用表麵包覆金屬氫氧化物作為阻燃劑的方法。為了提高阻燃TPU的耐水解性能，菱華新材料公司另一項專利申請在添加三聚氰胺阻燃劑的基礎上引入了金屬碳酸鹽。
4. 汽車漆面保護膜用TPU
汽車漆面保護膜是一種在安裝後將漆面與空氣隔絕，防止酸雨、氧化、刮擦，並為漆面提供持久保護的保護膜。其主要作用是在安裝後保護汽車漆面。漆面保護膜一般由三層組成，表面為自修復塗層，中間為高分子薄膜，底層為丙烯酸壓敏膠。 TPU是製備中間高分子薄膜的主要材料之一。
用於漆面保護膜對TPU的性能要求有：耐刮擦、高透明（透光率>95%）、低溫柔韌性、耐高溫、拉伸強度>50MPa、伸長率>400%，邵爾A硬度範圍87-93；最重要的性能是耐候性，包括耐紫外老化、耐熱氧降解、耐水解等。
目前比較成熟的產品是以二環己基二異氰酸酯（H12MDI）和聚己內酯二醇為原料製備的脂肪族TPU，普通芳香族TPU在紫外線照射一天後就會明顯變黃，而用於汽車改色膜的脂肪族TPU在相同條件下可以保持其黃變係數，沒有明顯變化。
聚（ε-己內酯）TPU相較於聚醚型和聚酯型TPU，性能更加均衡，一方面能夠展現普通聚酯型TPU優異的抗撕裂性能，另一方面又兼具聚醚型TPU優異的低壓縮永久變形和高回彈性能，從而得到市場的廣泛應用。
由於市場區隔後對產品性價比的要求不同，隨著表面塗覆技術及膠合劑配方調整能力的提高，未來聚醚或普通聚酯H12MDI脂肪族TPU也有機會應用於漆面保護膜。
5.生物基TPU
製備生物基TPU的常用方法是在聚合過程中引入生物基單體或中間體，如生物基異氰酸酯（如MDI、PDI）、生物基多元醇等。其中，生物基異氰酸酯在市場上比較少見，而生物基多元醇則比較常見。
在生物基異氰酸酯方面，早在2000年，巴斯夫、科思創等公司就投入了大量精力進行PDI的研究，並於2015-2016年將首批PDI產品投入市場。萬華化學利用玉米秸稈製成的生物基PDI，開發出了100%生物基TPU產品。
就生物基多元醇而言，包括生物基聚四氟乙烯（PTMEG）、生物基1,4-丁二醇（BDO）、生物基1,3-丙二醇（PDO）、生物基聚酯多元醇、生物基聚醚多元醇等。
目前，多家TPU製造商已推出生物基TPU，其性能與傳統石化基TPU相當。這些生物基TPU的主要差異在於生物基含量，一般在30%至40%之間，有些甚至更高。與傳統石化基TPU相比，生物基TPU具有降低碳排放、原料永續再生、綠色生產和節省資源等優點。巴斯夫、科思創、路博潤、萬華化學和菱華新材料已推出生物基TPU品牌，減碳及永續發展也是未來TPU發展的重點方向。
發佈時間：2024年8月9日