TPU未来发展的关键方向

TPU（热塑性聚氨酯）是一种聚氨酯热塑性弹性体，是由二异氰酸酯、多元醇和扩链剂组成的多相嵌段共聚物。作为一种高性能弹性体，TPU具有广泛的下游产品应用方向，广泛应用于日用品、运动器材、玩具、装饰材料等领域，例如鞋材、软管、电缆、医疗器械等。

目前，主要的TPU原料生产商包括巴斯夫、科思创、路博润、亨斯迈、万华化学等。菱华新材料等等。随着国内企业布局和产能的扩张，TPU行业目前竞争非常激烈。然而，在高端应用领域，TPU仍然依赖进口，这也是中国需要取得突破的领域。接下来，我们来谈谈TPU产品的未来市场前景。

1. 超临界发泡E-TPU

2012年，阿迪达斯与巴斯夫联合开发了跑鞋品牌EnergyBoost，该品牌采用发泡TPU（商品名为infinergy）作为中底材料。由于其基材为邵氏A硬度80-85的聚醚TPU，与EVA中底相比，发泡TPU中底即使在0℃以下的环境下也能保持良好的弹性和柔软度，从而提升穿着舒适度，并获得了市场的广泛认可。
2. 纤维增强改性TPU复合材料

TPU具有良好的抗冲击性，但在某些应用中，需要高弹性模量和高硬度的材料。玻璃纤维增​​强改性是提高材料弹性模量的常用方法。通过改性，可以获得具有高弹性模量、良好的绝缘性、优异的耐热性、良好的弹性回复性能、良好的耐腐蚀性、抗冲击性、低膨胀系数和尺寸稳定性等诸多优点的热塑性复合材料。

巴斯夫在其专利中介绍了一种利用玻璃短纤维制备高模量玻璃纤维增​​强TPU的技术。该技术以聚四氟乙二醇（PTMEG，Mn=1000）、二甲基二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）和1,3-丙二醇为原料，混合合成邵氏D硬度为83的TPU。将该TPU与玻璃纤维按质量比52:48复合，得到弹性模量为18.3 GPa、拉伸强度为244 MPa的复合材料。

除了玻璃纤维外，还有报道称，一些产品使用碳纤维复合TPU，例如科思创的Maezio碳纤维/TPU复合板，其弹性模量高达100GPa，密度比金属低。
3. 无卤阻燃TPU

TPU具有高强度、高韧性、优异的耐磨性等特性，是电线电缆理想的护套材料。但在充电站等应用领域，对阻燃性能的要求更高。提高TPU阻燃性能的方法通常有两种：一是反应型阻燃改性，即将含有磷、氮等元素的多元醇或异氰酸酯等阻燃剂通过化学键合引入TPU合成过程中；二是添加型阻燃改性，即以TPU为基材，熔融共混添加阻燃剂。

反应改性可以改变TPU的结构，但添加阻燃剂用量过大会导致TPU强度下降、加工性能变差，而添加量过小又无法达到所需的阻燃等级。目前市面上尚无真正能够满足充电站应用需求的商用高阻燃产品。

原拜耳材料科技公司（现为科创通）曾申请专利，公开了一种基于氧化膦的含磷有机多元醇（IHPO）。由IHPO、PTMEG-1000、4,4'-MDI和BDO合成的聚醚TPU具有优异的阻燃性和机械性能。挤出工艺流畅，产品表面光滑。

添加无卤阻燃剂是目前制备无卤阻燃TPU最常用的技术方法。通常采用磷基、氮基、硅基、硼基阻燃剂或金属氢氧化物作为阻燃剂。由于TPU本身具有易燃性，通常需要添加30%以上的阻燃剂才能在燃烧过程中形成稳定的阻燃层。然而，当阻燃剂添加量过大时，阻燃剂在TPU基材中分散不均匀，导致阻燃TPU的力学性能不佳，从而限制了其在软管、薄膜、电缆等领域的应用和推广。

巴斯夫的专利介绍了一种阻燃TPU技术，该技术将三聚氰胺聚磷酸盐和含磷的膦酸衍生物作为阻燃剂，与重均分子量大于150kDa的TPU混合。研究发现，该技术在显著提高阻燃性能的同时，也实现了高拉伸强度。

为了进一步提高材料的拉伸强度，巴斯夫的专利介绍了一种制备含异氰酸酯交联剂母料的方法。在符合UL94V-0阻燃要求的组合物中添加2%的此类母料，可在保持V-0阻燃性能的同时，将材料的拉伸强度从35MPa提高到40MPa。

为了提高阻燃TPU的耐热老化性能，该专利凌华新材料公司此外，还介绍了一种利用表面涂覆金属氢氧化物作为阻燃剂的方法。为了提高阻燃TPU的耐水解性能，凌华新材料公司在另一项专利申请中，以添加三聚氰胺阻燃剂为基础，引入了金属碳酸盐。

4. 用于汽车漆面保护膜的TPU

汽车漆面保护膜是一种安装后能将漆面与空气隔绝的保护膜，可有效防止酸雨、氧化和刮擦，为漆面提供持久保护。其主要功能是安装后保护汽车漆面。漆面保护膜通常由三层组成：最外层为自修复涂层，中间层为聚合物膜，最底层为丙烯酸压敏胶。TPU是制备中间聚合物膜的主要材料之一。

用于漆面保护膜的TPU的性能要求如下：耐刮擦性、高透明度（透光率>95%）、低温柔韧性、耐高温性、拉伸强度>50MPa、伸长率>400%、邵氏A硬度范围为87-93；最重要的性能是耐候性，包括耐紫外线老化、耐热氧化降解和耐水解。

目前成熟的产品是以二环己基二异氰酸酯（H12MDI）和聚己内酯二醇为原料制备的脂肪族TPU。普通芳香族TPU在紫外线照射一天后就会明显泛黄，而用于汽车贴膜的脂肪族TPU在相同条件下黄变系数基本保持不变。
与聚醚型和聚酯型TPU相比，聚己内酯型TPU具有更均衡的性能。一方面，它具备普通聚酯型TPU优异的抗撕裂性能；另一方面，它也展现出聚醚型TPU出色的低压缩永久变形和高回弹性能，因此在市场上得到广泛应用。

由于市场细分后对产品成本效益的要求不同，随着表面涂层技术和粘合剂配方调整能力的提高，未来聚醚或普通聚酯 H12MDI 脂肪族 TPU 也有可能应用于油漆保护膜。

5. 生物基TPU

制备生物基TPU的常用方法是在聚合过程中引入生物基单体或中间体，例如生物基异氰酸酯（如MDI、PDI）、生物基多元醇等。其中，生物基异氰酸酯在市场上相对少见，而生物基多元醇则更为常见。

就生物基异氰酸酯而言，早在2000年，巴斯夫、科思创等公司就投入大量精力进行PDI研究，第一批PDI产品于2015-2016年投放市场。万华化工利用玉米秸秆制成的生物基PDI，开发了100%生物基TPU产品。

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生产商已推出生物基TPU，其性能可与传统的石油基TPU相媲美。这些生物基TPU的主要区别在于生物基含量，通常在30%至40%之间，部分产品的生物基含量甚至更高。与传统的石油基TPU相比，生物基TPU具有减少碳排放、原材料可持续再生、绿色生产和资源节约等优势。巴斯夫、科思创、路博润、万华化学等公司均已推出生物基TPU产品。菱华新材料他们推出了生物基TPU品牌，碳减排和可持续性也是TPU未来发展的关键方向。