टीपीयूच्या भविष्यातील विकासासाठी प्रमुख दिशा

टीपीयू (TPU) हा एक पॉलीयुरेथेन थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर आहे, जो डायआयसोसायनेट, पॉलिओल आणि चेन एक्सटेंडरपासून बनलेला एक बहु-अवस्था ब्लॉक कोपॉलिमर आहे. एक उच्च-कार्यक्षम इलास्टोमर म्हणून, टीपीयूच्या पुढील उत्पादनांना विस्तृत वाव आहे आणि त्याचा वापर दैनंदिन गरजेच्या वस्तू, क्रीडा उपकरणे, खेळणी, सजावटीचे साहित्य आणि पादत्राणांचे साहित्य, होसेस, केबल्स, वैद्यकीय उपकरणे इत्यादी इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

सध्या, मुख्य TPU कच्च्या मालाच्या उत्पादकांमध्ये BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical यांचा समावेश आहे.लिंगुआ नवीन साहित्यआणि असेच पुढे. देशांतर्गत उद्योगांच्या मांडणी आणि क्षमता विस्तारामुळे, टीपीयू उद्योग सध्या अत्यंत स्पर्धात्मक आहे. तथापि, उच्च-स्तरीय वापराच्या क्षेत्रात, तो अजूनही आयातीवर अवलंबून आहे, आणि हे देखील एक असे क्षेत्र आहे ज्यात चीनला मोठे यश मिळवणे आवश्यक आहे. चला, टीपीयू उत्पादनांच्या भविष्यातील बाजारपेठेच्या शक्यतांबद्दल चर्चा करूया.

१. सुपरक्रिटिकल फोमिंग ई-टीपीयू

२०१२ मध्ये, ॲडिडास आणि बीएएसएफ (BASF) यांनी संयुक्तपणे एनर्जीबूस्ट (EnergyBoost) हा रनिंग शू ब्रँड विकसित केला, ज्यामध्ये मिडसोल मटेरियल म्हणून फोम्ड टीपीयू (व्यापारी नाव इन्फिनर्जी) वापरला जातो. सबस्ट्रेट म्हणून ८०-८५ शोर ए (Shore A) हार्डनेस असलेल्या पॉलीइथर टीपीयूचा वापर केल्यामुळे, ईव्हीए (EVA) मिडसोलच्या तुलनेत, फोम्ड टीपीयू मिडसोल ०°C पेक्षा कमी तापमानातही चांगली लवचिकता आणि मऊपणा टिकवून ठेवू शकतात, ज्यामुळे घालण्याचा आराम वाढतो आणि बाजारात त्याला व्यापक मान्यता मिळाली आहे.
२. फायबर प्रबलित सुधारित TPU संमिश्र पदार्थ

टीपीयूमध्ये चांगला आघात प्रतिरोध असतो, परंतु काही उपयोगांमध्ये उच्च प्रत्यास्थता गुणांक आणि अतिशय कठीण पदार्थांची आवश्यकता असते. पदार्थांचा प्रत्यास्थता गुणांक वाढवण्यासाठी काच तंतू प्रबलन सुधारणा हे एक सामान्यपणे वापरले जाणारे तंत्र आहे. या सुधारणेद्वारे, उच्च प्रत्यास्थता गुणांक, चांगले उष्णतारोधन, तीव्र उष्णता प्रतिरोध, चांगली प्रत्यास्थता पूर्वस्थिती, चांगला क्षरण प्रतिरोध, आघात प्रतिरोध, कमी प्रसरण गुणांक आणि आयामी स्थिरता यांसारखे अनेक फायदे असलेले थर्मोप्लास्टिक संमिश्र पदार्थ मिळवता येतात.

BASF ने आपल्या पेटंटमध्ये काचेच्या लहान तंतूंचा वापर करून उच्च मॉड्युलस फायबरग्लास प्रबलित TPU तयार करण्याचे तंत्रज्ञान सादर केले आहे. पॉलीटेट्राफ्लुरोएथिलीन ग्लायकॉल (PTMEG, Mn=1000), MDI, आणि १,४-ब्युटेनडायोल (BDO) यांना १,३-प्रोपेनडायोलसोबत कच्चा माल म्हणून मिसळून ८३ शोर डी कठीणता असलेला एक TPU संश्लेषित करण्यात आला. या TPU ला ५२:४८ च्या वस्तुमान गुणोत्तरामध्ये काचेच्या तंतूंसोबत मिश्रित करून १८.३ GPa चा लवचिक मॉड्युलस आणि २४४ MPa ची तन्यता शक्ती असलेले एक संमिश्र साहित्य मिळवण्यात आले.

ग्लास फायबर व्यतिरिक्त, कार्बन फायबर कंपोझिट टीपीयू वापरणाऱ्या उत्पादनांबद्दलही अहवाल आहेत, जसे की कोव्हेस्ट्रोचे मेझिओ कार्बन फायबर/टीपीयू कंपोझिट बोर्ड, ज्याचा इलास्टिक मॉड्युलस 100 GPa पर्यंत आहे आणि घनता धातूंपेक्षा कमी आहे.
३. हॅलोजन मुक्त ज्वाला-प्रतिरोधक टीपीयू

टीपीयूमध्ये उच्च मजबुती, उच्च कणखरपणा, उत्कृष्ट झीज-प्रतिरोधकता आणि इतर गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे ते वायर आणि केबल्ससाठी एक अतिशय योग्य आवरण सामग्री बनते. परंतु चार्जिंग स्टेशन्ससारख्या अनुप्रयोग क्षेत्रांमध्ये, उच्च ज्वाला-प्रतिरोधकतेची आवश्यकता असते. टीपीयूची ज्वाला-प्रतिरोधक कार्यक्षमता सुधारण्याचे साधारणपणे दोन मार्ग आहेत. एक म्हणजे रिॲक्टिव्ह फ्लेम रिटार्डंट मॉडिफिकेशन, ज्यामध्ये रासायनिक बंधनाद्वारे टीपीयूच्या संश्लेषणात फॉस्फरस, नायट्रोजन आणि इतर घटक असलेले पॉलीओल्स किंवा आयसोसायनेट्ससारखे ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थ समाविष्ट केले जातात; दुसरा म्हणजे ॲडिटिव्ह फ्लेम रिटार्डंट मॉडिफिकेशन, ज्यामध्ये टीपीयूला सब्सट्रेट म्हणून वापरून वितळवून मिसळण्यासाठी ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थ जोडले जातात.

प्रतिक्रियात्मक फेरबदलामुळे TPU ची रचना बदलू शकते, परंतु जेव्हा ज्वाला-प्रतिरोधक पदार्थाचे प्रमाण जास्त असते, तेव्हा TPU ची मजबुती कमी होते, प्रक्रिया करण्याची कार्यक्षमता खालावते आणि कमी प्रमाणात वापर केल्यास आवश्यक ज्वाला-प्रतिरोधक पातळी गाठता येत नाही. सध्या, चार्जिंग स्टेशनच्या वापराची गरज खऱ्या अर्थाने पूर्ण करू शकेल असे कोणतेही उच्च ज्वाला-प्रतिरोधक उत्पादन व्यावसायिकरित्या उपलब्ध नाही.

पूर्वीच्या बायर मटेरियलसायन्सने (आता कॉस्ट्रॉन) एकदा एका पेटंटमध्ये फॉस्फिन ऑक्साईडवर आधारित सेंद्रिय फॉस्फरसयुक्त पॉलीओल (IHPO) सादर केले होते. IHPO, PTMEG-1000, 4,4'- MDI आणि BDO पासून संश्लेषित केलेला पॉलीइथर TPU उत्कृष्ट ज्वाला-प्रतिरोधकता आणि यांत्रिक गुणधर्म दर्शवतो. याची एक्सट्रूजन प्रक्रिया सुरळीत असून, उत्पादनाचा पृष्ठभागही गुळगुळीत असतो.

हॅलोजन-मुक्त ज्वाला-प्रतिरोधक टीपीयू (TPU) तयार करण्यासाठी, हॅलोजन-मुक्त ज्वाला-प्रतिरोधकांचा वापर करणे हा सध्या सर्वात सामान्यपणे वापरला जाणारा तांत्रिक मार्ग आहे. सामान्यतः, फॉस्फरस-आधारित, नायट्रोजन-आधारित, सिलिकॉन-आधारित, बोरॉन-आधारित ज्वाला-प्रतिरोधकांचे मिश्रण केले जाते किंवा धातूंचे हायड्रॉक्साईड ज्वाला-प्रतिरोधक म्हणून वापरले जातात. टीपीयूच्या अंगभूत ज्वलनशीलतेमुळे, ज्वलनादरम्यान एक स्थिर ज्वाला-प्रतिरोधक थर तयार करण्यासाठी अनेकदा ३०% पेक्षा जास्त ज्वाला-प्रतिरोधकाचे प्रमाण आवश्यक असते. तथापि, जेव्हा ज्वाला-प्रतिरोधकाचे प्रमाण जास्त असते, तेव्हा ते टीपीयू सब्सट्रेटमध्ये असमानपणे पसरते आणि ज्वाला-प्रतिरोधक टीपीयूचे यांत्रिक गुणधर्म आदर्श नसतात, ज्यामुळे होसेस, फिल्म्स आणि केबल्स यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये त्याचा वापर आणि प्रसार मर्यादित होतो.

BASF च्या पेटंटमध्ये एक ज्वाला-प्रतिरोधक TPU तंत्रज्ञान सादर केले आहे, ज्यामध्ये १५० kDa पेक्षा जास्त वजनी सरासरी आण्विक वजन असलेल्या TPU मध्ये ज्वाला-प्रतिरोधक म्हणून मेलामाइन पॉलीफॉस्फेट आणि फॉस्फिनिक ॲसिडचे फॉस्फरसयुक्त व्युत्पन्न मिसळले जाते. असे आढळून आले की, उच्च तन्य शक्ती प्राप्त करताना ज्वाला-प्रतिरोधक कामगिरीमध्ये लक्षणीय सुधारणा झाली.

पदार्थाची तन्य शक्ती आणखी वाढवण्यासाठी, BASF च्या पेटंटमध्ये आयसोसायनेट असलेले क्रॉसलिंकिंग एजंट मास्टरबॅच तयार करण्याची एक पद्धत सादर केली आहे. UL94V-0 ज्वाला-प्रतिरोधक आवश्यकता पूर्ण करणाऱ्या मिश्रणामध्ये या प्रकारच्या मास्टरबॅचचे २% प्रमाण मिसळल्यास, V-0 ज्वाला-प्रतिरोधक कार्यक्षमता कायम ठेवत पदार्थाची तन्य शक्ती ३५MPa वरून ४०MPa पर्यंत वाढवता येते.

ज्वाला-प्रतिरोधक TPU ची उष्णता वृद्धी प्रतिरोधकता सुधारण्यासाठी, पेटंटचेलिंगहुआ नवीन साहित्य कंपनीतसेच पृष्ठभागावर लेपित धातू हायड्रॉक्साईडचा ज्वाला-प्रतिरोधक म्हणून वापर करण्याची एक पद्धत सादर करते. ज्वाला-प्रतिरोधक TPU चा जलविघटन प्रतिरोध सुधारण्यासाठी,लिंगहुआ नवीन साहित्य कंपनीदुसऱ्या पेटंट अर्जात मेलामाइन फ्लेम रिटार्डंट टाकण्याच्या आधारावर मेटल कार्बोनेट सादर केले.

४. वाहनांच्या पेंट संरक्षणासाठी टीपीयू (TPU) फिल्म

कार पेंट प्रोटेक्शन फिल्म ही एक संरक्षक फिल्म आहे, जी लावल्यानंतर पेंटच्या पृष्ठभागाला हवेपासून वेगळे ठेवते, आम्लवर्षा, ऑक्सिडेशन आणि ओरखड्यांपासून बचाव करते, तसेच पेंटच्या पृष्ठभागाला दीर्घकाळ टिकणारे संरक्षण प्रदान करते. लावल्यानंतर कारच्या पेंटच्या पृष्ठभागाचे संरक्षण करणे हे तिचे मुख्य कार्य आहे. पेंट प्रोटेक्शन फिल्ममध्ये सामान्यतः तीन थर असतात: पृष्ठभागावर एक सेल्फ-हीलिंग कोटिंग, मध्यभागी एक पॉलिमर फिल्म आणि सर्वात खालच्या थरावर एक ॲक्रेलिक दाब-संवेदनशील चिकट पदार्थ. मधले पॉलिमर फिल्म्स तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मुख्य सामग्रीपैकी TPU एक आहे.

पेंट प्रोटेक्शन फिल्ममध्ये वापरल्या जाणाऱ्या TPU साठी आवश्यक कार्यक्षमता खालीलप्रमाणे आहे: ओरखडा प्रतिरोध, उच्च पारदर्शकता (प्रकाश पारगम्यता >95%), कमी तापमानात लवचिकता, उच्च तापमान प्रतिरोध, तन्यता शक्ती >50MPa, प्रसरण >400%, आणि 87-93 ची शोर A कठीणता श्रेणी; सर्वात महत्त्वाची कार्यक्षमता म्हणजे हवामान प्रतिरोध, ज्यामध्ये UV एजिंग, थर्मल ऑक्सिडेटिव्ह डिग्रेडेशन आणि हायड्रोलिसिसला प्रतिकार समाविष्ट आहे.

सध्याची परिपक्व उत्पादने म्हणजे डायसायक्लोहेक्झिल डायआयसोसायनेट (H12MDI) आणि पॉलीकॅप्रोलॅक्टोन डायऑल हे कच्चे साहित्य म्हणून वापरून तयार केलेले ॲलिफॅटिक TPU. सामान्य ॲरोमॅटिक TPU अतिनील किरणांच्या संपर्कात आल्यानंतर एका दिवसातच स्पष्टपणे पिवळा पडतो, तर कार रॅप फिल्मसाठी वापरला जाणारा ॲलिफॅटिक TPU त्याच परिस्थितीत आपला पिवळेपणाचा गुणांक लक्षणीय बदलांशिवाय टिकवून ठेवू शकतो.
पॉली (ε – कॅप्रोलॅक्टोन) टीपीयूची कार्यक्षमता पॉलीइथर आणि पॉलिस्टर टीपीयूच्या तुलनेत अधिक संतुलित आहे. एकीकडे, ते सामान्य पॉलिस्टर टीपीयूप्रमाणे उत्कृष्ट फाटण्यास-प्रतिरोधक क्षमता दर्शवते, तर दुसरीकडे, ते पॉलीइथर टीपीयूप्रमाणे कमी दाबामुळे होणारे कायमस्वरूपी विरूपण आणि उच्च प्रत्यावर्तन क्षमता देखील दाखवते, त्यामुळे बाजारात त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

बाजार विभागणीनंतर उत्पादनाच्या किफायतशीरतेसाठी असलेल्या वेगवेगळ्या आवश्यकतांमुळे, पृष्ठभाग लेपन तंत्रज्ञानातील सुधारणा आणि चिकट पदार्थाच्या सूत्रात बदल करण्याच्या क्षमतेमुळे, भविष्यात पॉलीइथर किंवा सामान्य पॉलिस्टर H12MDI ॲलिफॅटिक TPU चा वापर पेंट प्रोटेक्शन फिल्म्समध्ये होण्याची शक्यता आहे.

५. बायोबेस्ड टीपीयू

जैव-आधारित TPU तयार करण्याची सामान्य पद्धत म्हणजे पॉलिमरायझेशन प्रक्रियेदरम्यान जैव-आधारित मोनोमर्स किंवा इंटरमीडिएट्स, जसे की जैव-आधारित आयसोसायनेट्स (उदा. MDI, PDI), जैव-आधारित पॉलीओल्स इत्यादींचा समावेश करणे. त्यांपैकी, जैव-आधारित आयसोसायनेट्स बाजारात तुलनेने दुर्मिळ आहेत, तर जैव-आधारित पॉलीओल्स अधिक सामान्य आहेत.

जैव-आधारित आयसोसायनेटच्या बाबतीत, २००० सालापासूनच BASF, Covestro आणि इतरांनी PDI संशोधनात खूप प्रयत्न केले आहेत, आणि PDI उत्पादनांची पहिली तुकडी २०१५-२०१६ मध्ये बाजारात आणली गेली. वानहुआ केमिकलने मक्याच्या पेंढ्यापासून बनवलेल्या जैव-आधारित PDI चा वापर करून १००% जैव-आधारित TPU उत्पादने विकसित केली आहेत.

जैव-आधारित पॉलीओल्सच्या बाबतीत, त्यात जैव-आधारित पॉलीटेट्राफ्लुरोएथिलीन (PTMEG), जैव-आधारित १,४-ब्युटेनडायोल (BDO), जैव-आधारित १,३-प्रोपेनडायोल (PDO), जैव-आधारित पॉलिस्टर पॉलीओल्स, जैव-आधारित पॉलीइथर पॉलीओल्स इत्यादींचा समावेश होतो.

सध्या, अनेक TPU उत्पादकांनी जैव-आधारित TPU बाजारात आणले आहेत, ज्यांची कार्यक्षमता पारंपरिक पेट्रोकेमिकल-आधारित TPU च्या तुलनेत सारखीच आहे. या जैव-आधारित TPU मधील मुख्य फरक जैव घटकांच्या पातळीत आहे, जी साधारणपणे ३०% ते ४०% पर्यंत असते, तर काहींमध्ये ती याहूनही अधिक असते. पारंपरिक पेट्रोकेमिकल-आधारित TPU च्या तुलनेत, जैव-आधारित TPU चे कार्बन उत्सर्जन कमी करणे, कच्च्या मालाचे शाश्वत पुनर्जनन, हरित उत्पादन आणि संसाधनांचे संवर्धन यांसारखे फायदे आहेत. BASF, Covestro, Lubrizol, Wanhua Chemical, आणिलिंगुआ नवीन साहित्यत्यांनी त्यांचे जैव-आधारित TPU ब्रँड्स सादर केले आहेत, आणि कार्बन उत्सर्जन कमी करणे व शाश्वतता या भविष्यातील TPU विकासाच्या प्रमुख दिशा आहेत.