TPU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。TPU作为高性能弹性体，下游产品方向广泛，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原料厂商包括巴斯夫、科思创、路博润、亨斯迈、万华化学、菱华新材料等等。随着国内企业的布局和产能扩张，目前TPU行业竞争激烈。但在高端应用领域，仍然依赖进口，这也是我国亟待突破的领域。我们来谈谈TPU产品未来的市场前景。
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infinergy）作为中底材料。由于采用邵氏A硬度80-85的聚醚型TPU作为基材，相比EVA中底，发泡TPU中底在0℃以下的环境下依然能够保持良好的弹性和柔软度，提升穿着舒适度，受到市场的广泛认可。
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，需要高弹性模量且非常坚硬的材料。玻璃纤维增强改性是提高材料弹性模量的常用技术。通过改性，可以获得具有高弹性模量、绝缘性好、耐热性强、弹性回复性能好、耐腐蚀性好、耐冲击性好、膨胀系数低、尺寸稳定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纤增强TPU的技术。以聚四氟乙二醇（PTMEG，Mn=1000）、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进行复合，得到弹性模量为18.3GPa、拉伸强度为244MPa的复合材料。
除了玻璃纤维外，也有报道显示产品采用了碳纤维复合TPU，如科思创的Maezio碳纤维/TPU复合板，其弹性模量高达100GPa，密度比金属还低。
3.无卤阻燃TPU
TPU具有高强度、高韧性、优异的耐磨性等性能，是非常适合电线电缆的护套材料。但在充电站等应用领域，对阻燃性能有更高的要求。提高TPU阻燃性能的途径一般有两种：一是反应型阻燃改性，即在TPU的合成过程中，通过化学键合的方式引入含磷、氮等元素的多元醇或异氰酸酯等阻燃材料；二是添加型阻燃改性，即以TPU为基材，添加阻燃剂进行熔融共混。
反应性改性可以改变TPU的结构，但添加阻燃剂用量较大时，TPU强度下降，加工性能变差，且添加量较少时无法达到所需的阻燃水平。目前尚无市售的真正满足充电站应用的高阻燃产品。
原拜耳材料科技（现Kostron公司）曾在专利中介绍一种基于氧化膦的有机含磷多元醇（IHPO）。以IHPO、PTMEG-1000、4,4'-MDI、BDO为原料合成的聚醚型TPU，表现出优异的阻燃性和力学性能，挤出工艺流畅，制品表面光滑。
添加无卤阻燃剂是目前制备无卤阻燃TPU最常用的技术路线，通常采用磷系、氮系、硅系、硼系阻燃剂复配或采用金属氢氧化物作为阻燃剂。由于TPU固有的易燃性，往往需要30%以上的阻燃剂填充量才能在燃烧时形成稳定的阻燃层。然而，当阻燃剂添加量较大时，阻燃剂在TPU基材中分散不均匀，阻燃TPU的力学性能不理想，也限制了其在胶管、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，将三聚氰胺聚磷酸盐和含磷的次膦酸衍生物作为阻燃剂，与重均分子量大于150kDa的TPU共混，发现在实现高拉伸强度的同时，阻燃性能得到显著提升。
为了进一步提升材料的拉伸强度，巴斯夫的专利介绍了一种制备含异氰酸酯的交联剂母粒的方法。在满足UL94V-0阻燃要求的组合物中添加2%的该类母粒，可将材料的拉伸强度从35MPa提高到40MPa，同时保持V-0阻燃性能。
为了提高阻燃TPU的耐热老化性能，菱华新材料公司还介绍了一种利用表面包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，菱华新材料公司另一项专利申请在添加三聚氰胺阻燃剂的基础上引入了金属碳酸盐。
4. 汽车漆面保护膜用TPU
汽车漆面保护膜是一种在安装后将漆面与空气隔绝，防止酸雨、氧化、刮擦，并为漆面提供持久保护的保护膜。其主要作用是在安装后保护汽车漆面。漆面保护膜一般由三层组成，表面为自修复涂层，中间为高分子薄膜，底层为丙烯酸压敏胶。TPU是制备中间高分子薄膜的主要材料之一。
用于漆面保护膜对TPU的性能要求有：耐刮擦、高透明（透光率>95%）、低温柔韧性、耐高温、拉伸强度>50MPa、伸长率>400%，邵尔A硬度范围87-93；最重要的性能是耐候性，包括耐紫外老化、耐热氧降解、耐水解等。
目前比较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变黄，而用于汽车改色膜的脂肪族TPU在相同条件下可以保持其黄变系数，没有明显变化。
聚（ε-己内酯）TPU相较于聚醚型和聚酯型TPU，性能更加均衡，一方面能够展现普通聚酯型TPU优异的抗撕裂性能，另一方面又兼具聚醚型TPU优异的低压缩永久变形和高回弹性能，从而得到市场的广泛应用。
由于市场细分后对产品性价比的要求不同，随着表面涂覆技术及胶粘剂配方调整能力的提高，未来聚醚或普通聚酯H12MDI脂肪族TPU也有机会应用于漆面保护膜。
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，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比较少见，而生物基多元醇则比较常见。
在生物基异氰酸酯方面，早在2000年，巴斯夫、科思创等公司就投入了大量精力进行PDI的研究，并于2015-2016年将首批PDI产品投入市场。万华化学利用玉米秸秆制成的生物基PDI，开发出了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制造商已推出生物基TPU，其性能与传统石化基TPU相当。这些生物基TPU的主要区别在于生物基含量，一般在30%至40%之间，有些甚至更高。与传统石化基TPU相比，生物基TPU具有降低碳排放、原材料可持续再生、绿色生产和节约资源等优势。巴斯夫、科思创、路博润、万华化学和菱华新材料已推出生物基TPU品牌，减碳及可持续发展也是未来TPU发展的重点方向。
发布时间：2024年8月9日