TPU未來發展的重點方向

TPU是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，廣泛應用於生活用品、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TPU原料生產商包括巴斯夫、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，TPU產業目前競爭激烈。但在高階應用領域，仍依賴進口，這也是我國需要實現突破的領域。

1.超臨界發泡E-TPU

2012年，阿迪達斯與巴斯夫共同開發跑鞋品牌EnergyBoost，採用發泡TPU（商品名infinergy）作為中底材質。由於採用肖氏A硬度為80-85的聚醚TPU為基材，相比EVA中底，發泡TPU中底在0℃以下的環境中仍能保持良好的彈性和柔軟性，提高了穿著舒適度，受到廣泛認可。
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，需要高彈性模量和非常硬的材料。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，可以獲得彈性模量高、絕緣性好、耐熱性強、彈性恢復性能好、耐腐蝕、耐衝擊、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璃纖維增強TPU的技術。以聚四氟乙二醇（PTMEG，Mn=1000）、MDI、1,4-丁二醇（BDO）和1,3-丙二醇為原料混合合成了肖氏D硬度為83的TPU。將此TPU與玻璃纖維以52:48的質量比複合，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，還有採用碳纖維複合TPU的產品報告道，如科思創的Maezio碳纖維/TPU複合板，其彈性模量高達100GPa，密度比金屬更低。
3.無鹵阻燃TPU

TPU具有高強度、高韌性、優異的耐磨性等性能，使其成為非常適合電線電纜的護套材料。但在充電站等應用領域，則需要更高的阻燃性。提高TPU阻燃性能一般有兩種方法。一是反應型阻燃改性，是將含有磷、氮等元素的多元醇或異氰酸酯等阻燃材料經化學鍵結引入TPU的合成中；第二種是添加型阻燃改質，即以TPU為基材，添加阻燃劑進行熔融混合。

反應改質可以改變TPU的結構，但當阻燃劑添加量較大時，TPU的強度下降，加工性能變差，添加量少也無法達到所需的阻燃量。目前，還沒有市售的高阻燃產品能夠真正滿足充電站的應用。

前拜耳材料科技公司（現為Kostron）曾在一項專利中推出了一種基於氧化膦的有機含磷多元醇（IHPO）。由IHPO、PTMEG-1000、4,4'-MDI、BDO合成的聚醚TPU表現出優異的阻燃性和機械性能。擠出過程順利，產品表面光滑。

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，複合磷系、氮系、矽系、硼系阻燃劑或使用金屬氫氧化物作為阻燃劑。由於TPU固有的可燃性，往往需要30%以上的阻燃劑填充量才能在燃燒過程中形成穩定的阻燃層。但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，這也限制了其在軟管、薄膜等領域的應用和推廣和電纜。

巴斯夫的專利介紹了一種阻燃TPU技術，該技術將三聚氰胺聚磷酸鹽和含磷次膦酸衍生物作為阻燃劑與重均分子量大於150kDa的TPU共混。結果發現，阻燃性能顯著提高，同時實現了高拉伸強度。

為了進一步增強材料的拉伸強度，巴斯夫的專利介紹了一種含有異氰酸酯的交聯劑母料的製備方法。在符合UL94V-0阻燃要求的組合物中添加2%的此類母粒，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。

為提高阻燃TPU的耐熱老化性能，專利菱花新材料公司也介紹了使用表面塗覆的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，菱花新材料公司在另一項專利申請中，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

汽車漆面保護膜是安裝後將漆面與空氣隔離，防止酸雨、氧化、刮傷，為漆面提供持久保護的保護膜。其主要作用是安裝後保護汽車漆面。漆面保護膜一般由三層組成，表面為自癒塗層，中間為聚合物薄膜，底層為丙烯酸壓敏膠。 TPU是製備中間聚合物薄膜的主要材料之一。

漆面保護膜用TPU的性能要求：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%、Shore A硬度範圍87 -93；最重要的性能是耐候性，包括耐紫外線老化、熱氧化降解和水解等。

目前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明顯變黃，而用於汽車貼膜的脂肪族TPU在相同條件下可以保持其黃變係數，無明顯變化。
聚（ε-己內酯）TPU與聚醚和聚酯TPU相比，性能更加均衡。一方面可以表現出普通聚酯TPU優異的抗撕裂性能，另一方面又表現出聚醚TPU優異的低壓縮永久變形和高回彈性能，從而在市場上廣泛應用。

由於市場區隔後對產品性價比的要求不同，隨著表面塗佈技術和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。上，而生物基多元醇較常見。

在生物基異氰酸酯方面，早在2000年，巴斯夫、科思創等就投入了大量的精力進行PDI研究，並於2015-2016年將第一批PDI產品投入市場。萬華化學利用玉米秸稈製成的生物基PDI，開發了100%生物基TPU產品。

生物基多元醇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。

目前已有多家TPU廠商推出生物基TPU，其效能可與傳統石化基TPU相媲美。這些生物基TPU的主要差異在於生物基含量的水平，一般在30%到40%之間，有的甚至達到更高的水平。與傳統石化基TPU相比，生物基TPU具有減少碳排放、原料永續再生、綠色生產、節省資源等優點。巴斯夫、科思創、路博潤、萬華化學等菱華新材料紛紛推出生物基TPU品牌，減碳和永續發展也是未來TPU發展的重點方向。