应用创新丨巴斯夫全球最大单一装置落成，TPU新材料助力高端制造领域转型升级？

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2024-02-01 / 行业新闻

应用创新丨巴斯夫全球最大单一装置落成，TPU新材料助力高端制造领域转型升级？

2024年1月18日，化工巨头企业巴斯夫举办湛江一体化基地热塑性聚氨酯（TPU）装置落成典礼，该装置是巴斯夫全球最大的单一TPU生产线，也是其目前最大的单笔投资项目，总投资额约100亿欧元，计划生产超100种不同类型的产品，由巴斯夫独立建设运营。

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图：巴斯夫湛江一体化基地热塑性聚氨酯装置落成

图源：@巴斯夫/侵删

不仅如此，该TPU装置还是巴斯夫湛江一体化第二套投入运营的装置，主要用于生产Elastollan®系列TPU产品，以便更好地满足亚太地区对TPU在电动汽车和新能源等相关领域不断增长的市场需求。

对此，巴斯夫表示，近年来TPU市场的核心增长逻辑主要是在可持续发展及高端领域的需求。站在具体应用的角度来看，巴斯夫聚氨酯目前重点关注的下游领域主要在高性能电缆、新能源、动力电池等。

01 成熟的环保材料：TPU弹性体

TPU是一种由异氰酸酯和多元醇、扩链剂共聚而成的嵌段共聚物，加热可以塑化，凭借高模量、高强度、高伸长和高弹性，以及优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化等优异性能，广泛应用于电子电器、体育用品、医疗制品、建筑建材、汽车、国防、航空航天等众多领域。

图源网络/侵删

TPU由二异氰酸酯、扩链剂和聚合物二元醇这三种成分反应生成，如果二异氰酸酯的组份是二苯甲烷二异氰酸酯（MDI），则生成芳香族TPU（含苯环）；如果二异氰酸酯的组份是六亚甲基二异氰酸酯（HDI），则生成脂肪族TPU。因此，芳香族TPU和脂肪族TPU除了二异氰酸酯组分不同外，其他组成都一样。

图：芳香族TPU结构与脂肪族TPU结构

图源：@UTPE弹性体门户

由于TPU是一种弹性塑料，具有优异的耐磨性、柔韧性和耐化学药品性，芳香族TPU基本继承了这些性能，但其缺点也同样明显，即在经过紫外线（UV）的照射后会形成黄变。而脂肪族TPU的出现，基本解决了这一问题，相当于芳香族TPU的2.0版本，其在清晰度、光稳定性和耐黄变性等上都有所提升。相关研究表面，在紫外线照射1000hh后，芳香族TPU的黄变指数超过40，而脂肪族TPU在经过1500h照射后，黄变指数仍低于10。

在应用领域上，芳香族TPU应用于软质泡沫、鞋底、船舶部件、合成革和建材等领域较多；而脂肪族TPU主要应用于航空、光学镜片、医疗和LED配件等领域。

近几年，行业内一直在尝试降低TPU的碳足迹并减少其对环境造成的影响，循环利用是较为被推崇的方式之一。

阿迪达斯推出了环保跑鞋FUTURECRAFT.LOOP，该款跑鞋的针织鞋面、中底、外底、鞋带全部采用同一种回收材料TPU加工制造，甚至连制造鞋子需要用到的胶水和粘合剂都被弃用，而只是单纯地通过热量将鞋子粘合。据了解，这款100%由TPU单一材料之称的跑鞋，可在其生命周期结束后被重新利用，制成新鞋。

图：阿迪达斯环保跑鞋FUTURECRAFT.LOOP

图源：@阿迪达斯官网/侵删

万华化学成功开发出聚酯和聚醚体系全系列生物基TPU，在实现低碳环保的同时，保持优秀的韧性、耐油性和耐黄变性能，以技术创新推动其在品牌鞋服、消费电子、汽车、家电等领域的应用拓展。

万华化学、匹克曾携手3D打印可100%回收的TPU鞋，原型鞋被称为“The Next”，该款鞋完全使用TPU材料，融合3D打印技术，使其即可定制又可100%回收。其中，“The Next”融合了高品质、高灵活度的WANFAB®TPU线材、WANFAB®TPU粉末、WANFAB®环保涂层以及Adwel®水性胶黏剂乳液全系列材料，以100%的可回收性能实现了对环境的“零伤害”。

图：匹克“The Next”

图源：@懒熊体育/侵删

不仅如此，万华化学还使用玉米秸秆制得生物基PDI，开发出100%生物基原料TPU产品。该产品以高强度、高韧性、耐油、抗黄变等优异性能，进一步丰富了生物基产品线。

同时，万华化学为构建绿色产业链，进一步提升TPU原料聚酯多元醇的多元化性能，将生物质原材料与聚合工艺创新融合开发了50%~100%生物基含量的系列聚酯多元醇产品。产品具有低VOC、绿色环保等特点，可应用于聚氨酯弹性体、水性胶黏剂、涂料等下游领域。其中，WANOL®聚醚多元醇系列生物基含量达50%，可减少30%~50%的碳排放；WANTHANOL®Bio聚酯多元醇系列生物基含量可达100%，可减少30%~70%的碳排放；WANTHANE®WHT-ECO TPU系列生物基含量为10%~100%，每吨可减少20%~40%的碳排放，为业内首个获得UL认证的生物基TPU产品。

02 巴斯夫Elastollan®系列TPU产品，兼顾产品质量与成本效益

Elastollan®是巴斯夫热塑性聚氨酯（TPU）的品牌名称，在过去的几十年里，各种形式的Elastollan®具备诸多优点，如芳香族或脂肪族、柔软度高或玻璃纤维增强、阻燃或高度透明等，已在各个工业领域得到证实。

Elastollan®系列的主要优势有高耐磨性；抗拉强度高、抗撕裂性好；对油、油脂、氧气和臭氧具有很高的抵抗力；极佳的低温柔韧性；极佳的阻尼能力。

此外，Elastollan®系列还代表着最大的可靠性、始终如一的产品质量和成本效益。Elastollan® TPU通过挤出工艺，可以制成软管、电缆护套、传送带、皮带、薄膜和型材，还可采用压延、吹塑和注塑技术进行加工。广泛应用于汽车、消费电子、鞋类、运动休闲、医疗保健和工业等各个行业领域。

在汽车行业，巴斯夫Elastollan®凭借优异的热塑及机械性能，为其提供从车门内把手、排挡杆旋钮、外饰部件、仪表盘和门板蒙皮到汽车电缆的创新系统解决方案。其中，由Elastollan®制成的车衣膜具有极高的透明度及低雾度和良好的耐磨、耐刮擦且抗穿刺等性能，能够使汽车具有更为强大持久的防御能力。

在电缆市场领域，随着新能源等新兴市场的高速发展，电缆市场规模持续扩大，其全球市场规模近年来已超千亿美元，该领域在规模扩大的同时对于技术创新的需求也在不断迭代，而材料性能对于技术提升起着相当关键的作用。

如今，巴斯夫的热塑性聚氨酯材料Elastollan®已经广泛出现在电缆市场的多重应用当中，包括光伏电缆、电动汽车充电电缆和工业机器人电缆等。Elastollan®电缆应用的核心优势有高耐磨性；在零下40摄氏度至零上125摄氏度之间具有柔性、；高度的耐切割、撕扯和拉扯性能；良好的导电性能；抗微生物（聚醚料），耐油脂；耐水解，耐臭氧和高能辐射。

图源网络/侵删

对此，2023年12月巴斯夫特别推出了Elastollan®热塑性聚氨酯（TPU）1180A10WDM，即一种专门针对快速充电桩充电电缆进行优化的全新等级产品，相较于传统的快充电缆，该产品的材质更加柔韧、灵活、易于操作，可以避免充电电缆在使用的过程中会因环境原因、使用过程中的弯折、拖拽甚至碾压而发生磨损和老化。

在鞋材制造领域，全球运动前沿品牌萨洛蒙的SS23萨洛蒙Index.02产品系列的中底采用的就是巴斯夫Elastollan®生产的首款超临界流体（SCF）直注发泡技术，提高生产泡沫的耐久性及稳定性。

未来替代增长空间广阔，高端制造领域转型升级的关键材料

TPU行业的上游原材料主要来自于石油、煤衍生品或副产品，包括MDI、多元醇、BDO、己二酸、EDO等主要原材料。中游为聚氨酯，TPU属于聚氨酯弹性体的一种，处于石油化工的下游产品，更为接近终端的消费市场。

TPU作为高分子新材料行业中的朝阳产业，下游应用领域广阔。由于其具有其他塑料无法比拟的各种优异性能，成为了材料行业的重要组成部分，下游覆盖电子注塑、日常消费品、工业、建筑、医疗、军工、汽车、农业等众多领域，是国防军工、运动装备、电子电器、医疗卫生、资源勘探等高端制造领域产业转型升级的关键材料。

图源网络/侵删

公开数据显示，2020年TPU全球产量109.2万吨，橡胶全球产量1278.2万吨，PVC全球产量5425.9万吨。基于良好的性能优势和环保优势，TPU能有效代替PVC、橡胶、EVA和硅胶等传统材料。与上述可替代相似材料产能产量相比，TPU产量仍较小，未来替代增长空间巨大。

图源：@华经情报网

我国目前已经成为占据全球TPU市场的消费大户。2016年，我国TPU消费量32.1万吨，2021年达到60.2万吨，2022年，受宏观环境影响，终端消费疲软，再加上TPU上游原料价格处于历史较高水平，国内TPU消费量同比下降5.48%，降至56.9万吨。但是站在宏观角度上，2017-2022年，TPU的复合增长率达到了10.%，预计到2026年其消费量将达到90万吨左右，未来几年的年复合增长率在10%左右。

从市场供求情况来看，TPU在高端产品领域下游需求旺盛，且随着我国在TPU中高端技术上的突破，TPU材料出口量也在逐年增加，从2017年出口量18.4万吨增长至2021年的28.2万吨，年均复合增长率11.26%。

总而言之，随着我国对节能、环保、可持续发展的重视程度不断提高，未来必将积极引导、支持新材料行业的发展，以带动材料工业的转型升级。而弹性体制造属于国家战略性新兴产业，TPU属于国家重点产品和服务，一直以来都受国家相关产业政策的支持。尽管我国近几年的TPU行业技术水平在自主创新能力方面有明显提高，双螺杆反应挤出等部分技术水平已接近国际先进水平，但行业的整体技术水平仍有较大的提升空间。

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这种轻质、可回收的材料可被打印成复杂形状 -包括气球狗 -并在头盔、隔热材料等领域展现出应用潜力。该研究探索的方法在商业制造中仍未得到充分利用。

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