近期,科思创宣布其将在广州开始建设一个新的热塑性聚氨酯(TPU)亚太应用开发(AD)中心。这是继去年科思创宣布并在珠海开工建设其全球最大TPU生产基地后,在该领域的又一项投资。
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据了解,该中心的研发重点主要包括薄膜(PPF)、特种电缆、消费电子产品、鞋类以及进一步的挤出和注塑应用。 此外,该中心还将支持开发更可持续的TPU解决方案,这也贴合科思创致力于实现全面循环,到2035年达成运营气候中的目标,届时公司也将在生产运营中100%使用可再生能源,进一步降低TPU等产品的碳足迹。
未来,随着技术的进步,TPU的性能将得到不断提升,满足更多行业的需求,并将进一步扩大市场占有率。
01
科思创解锁TPU的多个应用场景,“第五大塑料”加工性能优越
热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU(Thermoplastic Urethane),是被誉为“第五大塑料”。
TPU是一种包含交替的硬链段和软链段的嵌段共聚物。其中,硬链段通常由二异氰酸酯和扩链剂组成,其通过分子间氢键和其他分子间力相互连接,充当物理交联点并防止聚合物链滑移;而软链段通常由多元醇组成,作为连续相链段,阻碍分子链的塑性运动,从而为TPU提供优异的弹性。多种多样的多元醇、异氰酸酯和扩链剂能够合成各种具有不同特性的TPU。
目前,TPU由于其优异的耐磨性、耐腐蚀性和透明度而被广泛应用于汽车、电线电缆、织物涂层、透明薄膜和粘合剂等领域。
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对此,科思创近日推出了基于先进聚醚技术开发的硬质热塑性聚氨酯(TPU)Desmopan® AP 产品组合,其能够与标准聚醚和抗冲改性聚酯(如38xx系列)聚合,形成热塑性聚氨酯复合材料。这些材料具备出色的机械性能,包括优异的抗寒性、双色注塑应用中的卓越粘合性以及更强的耐冲击性,基于此,该产品组合打造了兼具耐用性与可持续性的滑雪靴。
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得益于先进的聚醚技术,Desmopan® AP产品组合在不降低质量标准的前提下, 可减少对环境的影响。此外,该材料在强度、耐用性等关键性能上实现突破,超越了材料科学的常规界限。同时,Desmopan® AP产品组合具有更高的生命周期评估(LCA)评分,碳足迹比传统牌号低约35%。
在电缆行业,科思创此前推出了Desmopan® FR 阻燃级热塑性聚氨酯(TPU)系列,进一步扩大了公司热塑性聚氨酯产品组合。
Desmopan® FR系列具有无卤低烟的特性,同时还具有出色的耐化学性,且机械强度高,可承受巨大的拉伸应变等优势,能够实现在耐用性、安全性和设计自由度之间达到所需平衡。更重要的是,这一切都建立在符合VW-1、IEC 60332-1-2、RoHS和REACH等严格安全法规之上,为行业树立了良好的安全标杆。该新型阻燃系列专为高性能阻燃线缆应用打造,尤其适用于如汽车充电线缆、消费电子电源线等有严苛防火要求的领域。
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在软垫产品市场,科思创采用了 Desmopan®AIR TPU产品系列定制的软垫方案,在保障与传统泡沫相同质量和舒适度的前提下,具有更好的可回收性。
据了解,Desmopan®AIR TPU可通过简单的热机械加工实现100%完全回收,而由该材料打造的软垫还可与其他TPU应用相结合,如人造革、无纺布材料等。此外,这些单一材料解决方案相比由多种聚合物组成的产品更易于回收利用。
相较于传统的软垫材料,Desmopan®AIR TPU以其卓越的透气性和出色的耐洗性能,满足了高标准的卫生和舒适要求,且已成为医院床垫、座椅填充、箱包和配饰缓震结构等应用材料的理想选择。不仅如此,该解决方案还具备可定制化性能,可通过挤出工艺打造不同的硬度区域。
此外,针对口腔刷毛市场,牙刷制造商 FRESH 32 采用科思创的Desmopan® GMP 系列热塑性聚氨酯(TPU),打造出 100% 可回收的3D Bristle Dynamics™ 手动牙刷头。该产品使用注塑加工成型工艺,轻便耐用仅重2g,抗水解且硬度适中。
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值得注意的是,Desmopan® GMP 系列具有减少塑料废物对环境的影响;耐磨、抗微生物、清洁效果好;刷毛经久耐用不易变形;符合良好生产规范(GMP)标准的关键性能优势。
02
SABIC与路润博合作研发新材料,马斯克旗下公司欲携生物基TPU“冲上太空”
如今,在全球低碳环保的浪潮下,生物基材料凭借低碳、环保可持续,废弃后对环境友好的特性,已经成为新材料领域中一大热门之选。而TPU作为应用广泛的热塑性弹性体之一,其生物基发展也不甘落后。
相关数据显示,每使用一吨生物基TPU,就能减少20%-40%的碳排放。可见生物基TPU对双碳目标实现有显著贡献,拥有广阔的市场空间。
生物基TPU的常见制备路线是将主要单体部分替换成生物基来源,比如生物基聚四氢呋喃、丁二醇、丙二醇,以及MDI(科思创已布局生物基苯胺,再做成MDI)等。相较于传统的石油基塑料,生物基TPU在生产过程中大大减少了对化石燃料的依赖,从而降低了碳排放量。此外,生物基TPU具有优异的流动性能,可用于注塑和挤出加工,材料能二次回收,力学性能可保持在90%以上。
对此,不久前SABIC和路博润开发了一种兼容的材料解决方案,适用于消费电子和移动出行等各个领域。该解决方案结合了软质和硬质材料,可以帮助客户推进其可持续发展目标,增强对更薄、更脆弱应用的保护,并通过零件整合简化制造流程。
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该解决方案采用SABIC的LNP™特种化合物和共聚物(作为硬质基材),以及路博润的软质ESTANE® ECO TPU(热塑性聚氨酯)材料,在基材上包胶成型。SABIC的热塑性塑料可以实现薄壁成型,以减少原材料消耗,或提供耐化学性以提高耐用性。路博润的ESTANE® ECO TPU采用生物基成分配制而成,需在持有ISCC PLUS认证的工厂生产。
此外,笔记本电脑外壳是这些互补材料另一方面的潜在应用场景,采用玻璃纤维增强的LNP THERMOCOMP™化合物作为硬质基材,并使用ESTANE® ECO TPU作为软质包胶成型聚合物。SABIC的材料具有高模量、低翘曲、良好的延展性和非溴化/非氯化阻燃性,以及抗冲击性和耐候性,而路博润的材料则可为其提供耐化学性和耐磨性等性能。
此前,在生物基聚氨酯泡沫的研发方面,由马斯克旗下美国太空探索技术公司(SpaceX)、维珍银河9、洛克希德马丁公司、美国国防部实验室和生物技术公司精英组成的先进材料企业Cambium,正在和Checkerspot公司联合研发并商业化一款生物基泡沫产品。其目标是为国防和商业环境中的高性能应用创造抗冲击、耐高温和阻燃的聚氨酯(PU)泡沫。
目前,Checkerspot的微藻衍生多元醇目前已用于制造生物基聚氨酯,其核心产品是一种通过经典菌株改造而发酵生产的高油酸油。
图:Checkerspot的微藻油
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03
可满足更多领域的环保要求,我国成TPU最大消费国
近年来,我国TPU行业正处于快速成长期,已成为新材料行业的重要组成部分,是高端制造领域产业转型升级的关键材料,市场前景广阔。
相关数据显示,我国已成为全世界TPU最大的生产国和消费国。2021年,TPU的产量约为65.4万吨,总消费量为60.2万吨;2022年,TPU总产能为129.9万吨,总需求量约56.9万吨。不仅如此,2023年全球热塑性聚氨酯(TPU)市场规模达183.88亿元(人民币),其中,我国热塑性聚氨酯(TPU)市场规模达到94.26亿元。
近日,烟台万华TPU三期-2扩建项目顺利中交,项目新增的TPU产线是目前全球单线产能最大的TPU生产线。此次变更的项目是三期二阶段,主要变更内容包括原辅材料变更、生产线变更两个方面,变更前后项目产能不变,但主要建设内容发生了调整,包括新建3条多元醇生产线、2条TPU生产线,生产规模为4万吨/年聚酯多元醇、5万吨/年TPU。
1月18日,巴斯夫湛江一体化项目第二套TPU装置顺利投产;9月16日,科思创宣布将在中国广州建立一个新的热塑性聚氨酯(TPU)亚太应用开发中心;10月7日美瑞新材公告,子公司美瑞科技(河南)有限公司投资建设的聚氨酯产业园一期项目部分装置实现投产。
此前,道恩股份也宣布将新建1.2万吨TPU项目,目前该项目正在烟台市生态环境局进行环评公告。据悉,年产1.2万吨热塑性聚氨酯弹性体(TPU)项目总投资3500万元,建设周期为10个月。
不仅如此,越来越多企业纷纷推出可以与传统石化基TPU媲美性能的生物基TPU,这些生物基TPU凭借减少碳排放、原料可持续再生、绿色生产、资源节约等优势,将成为TPU研发的一大重点发展方向。
随着市场规模的扩大和应用领域的拓展,行业内的竞争将进一步加剧,TPU材料的生产技术和加工工艺在不断创新,例如新型的注塑、挤出、吹塑等技术可以提高TPU产品的质量和生产效率。同时,与其他材料的复合技术也在不断发展,如TPU与纤维材料、金属材料等的复合加工,可以赋予TPU 产品更多功能和特性。
未来,通过分子设计和纳米复合技术,将开发出具有更高强度、更好加工性和更低环境影响的新型TPU材料。而随着全球对可持续发展和环保材料的重视加深,TPU行业将更加注重产品的生态友好性,生物基TPU和可降解TPU的研发也必然成为拥有巨大发展空间的研究趋势与方向。