【行业】TPU在三大领域取代PVC的可能性

2021-01-13 13:24:43 钛科优控 334
TPU性能优势

1、通过对原材料的选择和配方的调整,在一定范围内变化,从而满足用户对制品性能的不同要求。譬如硬度,往往是用户对制品的一个重要指标,聚氨酯弹性体既可制成邵尔A硬度20左右的软质印刷胶辊,又可制成邵尔D硬度70以上的硬质轧钢胶辊,这是一般弹性体材料所难以做到的。聚氨酯弹性体是由许多柔性链段和刚性链段组成的极性高分子材料,随着刚性链段比例的提高和极性基团密度的增加,弹性体原强度和硬度会相应提高。


2、耐磨性能优越。特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下,其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍几十倍。金属材料如钢铁等虽然很坚硬,但并不一定耐磨,如黄河灌溉区的大型水泵,其过流部件金属口环和保护圈经过大量泥沙的冲刷,用不了几百小时就严重磨损漏水,而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则连续运行1800小进仍未磨损。其它如碾米用的砻谷机胶辊、选煤用的振动筛筛板、运动场的径赛跑道、吊车铲车用的动态油密封圈、电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是,要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数,改善在承载负荷下的耐磨性能,可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。


3 、 加工方式多样,适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑炼、混炼、硫化工艺成型(指MPU);也可以制成液体橡胶,浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型(指CPU);还可以制成颗粒料,与普通塑料一样,用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型(指CPU)。模压或注射成型的制件,在一定的硬度范围内,还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性,使聚氨酯弹性体的适用性十分广泛,应用领域不断扩大。


4、耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温,透声性好,粘接力强,生物相容性和血液相容性优秀。这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、航天、声学、生物学等领域获得广泛应用的原因。

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TPU性能缺憾

1、内生热大,耐高温性能一般。正常使用温度范围是-40~120℃使用。若需在高频振荡条件或高温条件下长期作用,则必须在结构设计或配方上采取相应改性措施。


2、不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下,醇、酸、酮会使聚氨酯弹性体溶胀和降解,氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀。



TPU的开发前景


受益产业转移中国及东南亚国家TPU发展潜力大2007年至2010年,由于鞋材、机械、管材、汽车、建筑等行业发展很快,并且越来越多的耐磨材料采用TPU,全球对TPU的需求量日益增长,年复合增长率为6.6%。根据IAL统计,2007年全球TPU的消费量为38.43万吨,2010年为46.55万吨。随着TPU粒子及TPU薄膜的单价逐渐降低和欧盟地区对PVC等材料等限制,TPU材料的性价比渐渐凸现出来,同时TPU的卓越性能和环保特点也日益受到消费者的欢迎,未来预计年复合增长率将达到10%左右,预计2015年全球TPU材料的需求量将达到75万吨左右。


TPU行业在全球范围内发展相对不平衡,在欧美发达国家,TPU行业相对成熟;在中国及东南亚地区,由于产业转移,该地区的运动鞋、汽车、机械等行业的快速发展,逐步成为世界的加工厂,TPU行业得到了快速的发展。其中,亚洲是全球最大的TPU市场,其需求量约占全球的一半,欧州与北美各占据20%左右。从需求领域来看,鞋材占比最大,接近整个TPU需求量的30%。其次是机械行业,约占28%左右,而管材、汽车、建筑领域各占据10%左右。


21世纪以来我国TPU材料由于在鞋材、胶辊、滚轮、管材、胶黏剂、合成革、熔纺氨纶、薄膜等领域的巨大应用市场。2010年国内市场消费15.4万吨,主要为中低端产品,用于胶黏剂、熔纺氨纶、薄膜等领域的高端产品目前国内产品质量尚差和不稳定,且规模小,主要依靠欧、美进口。TPU总的形势是欧、美进口、台湾、韩国在大陆厂生产产品和中国生产产品三分天下,但中国处于弱势。因此十二五期间,中国TPU主要目标为加大科研开发力度,提高工艺技术水平,扩大高端市场占有率。

台企发展成熟,大陆起步晚,主要针对中低端TPU薄膜TPU行业竞争格局主要由三部分构成:中国台湾地区,国外,中国大陆。从地域角度来看,我国TPU行业主要生产企业与国外企业的对比情况如下:在中国市场,TPU行业的中高端市场主要由台湾地区及欧美企业所占据。台湾地区及国外TPU企业具有超过30年的发展历史,经验丰富,所以在中国TPU行业的市场地位十分重要。由于台湾及国外企业技术较为成熟,产品性能稳定,所以,台湾地区及国外企业主要占据中高端市场。国外企业多为多元化产品生产商,产品涉及聚氨酯产业链多个环节。巴斯夫提供TPU上游原料如MDI、多元醇等基础化工材料,同时也生产TPU粒子,并在TPU粒子基础上生产TPU薄膜产品。例如:拜耳材料科技公司的TPU薄膜主要是由其北美材料公司生产的Dureflex系列产品,拜耳材料也生产其他聚氨酯产品。亨斯迈的TPU薄膜产品主要专注于TPU玻璃板材,亨斯迈也提供MDI等基础化工产品。路博润生产多种型号TPU粒子和TPU薄膜产品。所以,国外企业的产品种类较多,TPU薄膜是多种材料产品中之一,产品结构综合性较强。


台湾企业的产品结构多为TPU薄膜与其他塑料制品构成公司主营产品。台湾地区企业产品主要集中在气动管、鞋材、粘合剂等市场。台湾鼎基化学除生产TPU薄膜外,还生产TPU密封件、气动管、传送带等相关TPU产品。台湾高鼎化学生产TPU粒子,并延伸TPU粒子生产线至TPU薄膜。由于中国TPU企业起步较晚,主要针对于中国中低端TPU薄膜市场,同时TPU薄膜生产的技术及生产经验门槛较高,所以造成现阶段中国专业TPU薄膜生产企业数量较少,行业集中度高。中国TPU薄膜生产商专业化程度最高。明显的特点是所生产的TPU薄膜种类多,覆盖TPU薄膜市场范围广泛。


国外TPU粒子企业产品主要集中在粘合剂、线缆、高端注塑等中、高端市场。除上述提及的台湾及国外企业外,还有韩国进兴工业,台湾昆仲和三晃都有生产TPU粒子。以巴斯夫拜耳为代表的国外企业占据了中国TPU粒子行业的高端市场。中国企业主要有烟台万华、浙江华锋和上海联景。TPU粒子整体行业集中度较高。


2015年我国TPU市场规模将近80亿21世纪以来,我国TPU由于在鞋材、胶辊、滚轮、管材、胶黏剂、合成革、熔纺氨纶、薄膜等领域的巨大应用市场,2007年消费量11.5万吨,世界第一。2008年产能已达23万吨,为世界最大。预计到2015年我国TPU行业将形成近80亿元人民币的市场规模。目前,我国TPU市场整体需求较高,就TPU材料的发展趋势来看,其中TPU颗粒技术相对稳定,产品品种多,正处于不完全充分竞争和准入门槛上升的阶段;TPU薄膜现阶段技术不成熟,产品开发不稳定,品种有限,竞争者少,市场准入门槛暂时较高。依据行业成长性判断条件,初步可以确定,我国TPU颗粒行业处于成长期的初期阶段,TPU薄膜行业处于幼稚期向快速成长期迈进阶段。


21世纪以来,我国TPU由于在鞋材、胶辊、滚轮、管材、胶黏剂、合成革、熔纺氨纶、薄膜等领域的巨大应用市场,2007年消费量11.5万吨(占世界总消费量38.43万吨的约30%),世界第一。2008年产能已达23万吨,为世界最大。预计到2015年我国TPU行业将形成近80亿元人民币的市场规模。

TPU在医疗器械领域逐步取代PVC

在选择用于制造塑料医疗器械(如医疗袋和导管)的聚合物时,不仅要考虑聚合材料是否能满足功能要求,还必须考虑最终应用的安全要求。几十年来,聚氯乙烯(PVC) 由于成本低廉且软化后功能优异,一直是医疗器械制造中广泛采用的材料。但是,世界各地的生产商出于各种原因逐渐开始摆脱对PVC的依赖,其中最主要原因是含有PVC的医疗器械在常规使用和废弃处理时会释放出有害的化学物质。


热塑性聚氨酯 (TPU) 是一种可靠优质的PVC替代品。对于许多生产商来说,它不但可以满足医疗器械应用的需求,而且更加安全,是取代PVC的理想材料。

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邻苯二甲酸酯迁移给人体带来健康问题
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许多年来,PVC一直被视为制造医疗器械的极佳材料,因为它的价恪相对低廉,又有很好的抗扭结特性。正是由于这些性质,PVC成为制造对柔韧性要求极高的医疗袋和医用导管产品时备受欢迎的材料。但这些年来,世界各地的研究人员不断发现在医疗器械中使用PVC可能会对患者产生有害影响。


PVC是一种硬塑料,因此必须使用增塑剂获得充分的延展性和柔韧性,以适应医用导管和医疗袋等应用需求。人们对于PVC材质医疗器械的担忧,大多源于最常与PVC共用的邻苯二甲酸酯类塑化剂。邻苯二甲酸酯,如最常用的邻苯二甲酸二异酸酯 (DEHP) 等,不通过化学键与PVC 结合,因此它们很容易从以此类材料加工的器械中浸出、迁移或挥发。使用PVC材质的医疗器械迸行治疗时,邻苯二甲酸酯迁移到医疗导管或医疗袋内的血液或其他液体中,进而导致患者接触到邻苯二甲酸酯的风险极高。按照美国国立卫生研究院的解释,“透析患者、血友病患者或者使用邻苯二甲酸酯的导管或医疗袋进行输血的人最有可能接触到邻苯二甲酸酯”。因此,有必要采取更严格的预防措施来避免此类患者接触PVC材质的医疗器械。


绝大多数人或多或少都会接触到邻苯二甲酸酯,但是使用PVC材质的医疗器械迸行治疗时出现患者接触邻苯二甲酸酯的几率更高,也最受世界各地的研究人员和监督机构所关注。人们围绕邻苯二甲酸酯对人体的影响迸行过大量研究,但仍未能全面地了解接触此类化学物质会带来的各种风险,但是确有事实证明接触高浓度的邻苯二甲酸酯可能带来众多健康,如生殖系统发育问题、肝脏问题、癌症等。


虽然目前尚未完全了解邻苯二甲酸酯对人类的影响,但是存在大量与上述潜在健康危害相关的顾虑。此外,研究人员还在对其他潜在问题迸行研究。因此,世界上的许多管理机构,特别是美国和欧洲的管理机构,都要求在医疗器械中慎用PVC。这些组织包括美国食品与药品管理局、美国国立卫生研究院、加拿大卫生部和许多其他机构,以及各种业内引导组织,例如美国公共卫生协会 (APHA)。这些组织达成的结论与《美国工业医学杂志》的2001年研究中所述的结论相似:依照目前观察到的DEHP毒性和多种含DEHP的PVC医疗器械替代产品的可用性,有必要坚决而谨慎地逐步在医疗器械中以其他材料取代PVC。

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PVC医疗器械废弃处理带来风险
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除了与迁移有关的问题,处理使用PVC医疗器械也会带来风险。鉴于医疗器械用于输送药液或血液的用途,导管和医疗袋之类的医疗器械在使用后必须焚化,以避免生物污染废弃物处置不当带来风险。但是,焚烧PVC材料会产生其他问题,使得处理问题在使用风险中被进一步放大。焚烧PVC会释放出氯化氢 (HCL) ,这是一种强腐蚀性化合物,能够造成焚烧炉损坏,严重缩短其使用寿命。除了对设备的潜在损坏,PVC燃侥所产生的HCL还可能产生多氯代二苯并二恶英 (CDD),此类化合物包含75种会产生各种有种作用的物质。这些化合物在PVC燃烧过程中排放到空气、水体和土壤中,并可通过这些途径迸入人体。虽然尚未完全了解二恶英对人体的影响,但是已有众多研究显示二恶英会对动物及人的生殖、发育、免疫和内分泌造成不影响。毒性最强的二恶英类化合物是四氯二苯并-对-二恶英(TCDD),它是一种强致癌物,并被认为对人类具有致癌性。由于医疗废弃物存在生物危害性,因此难以将PVC从其它需要焚化的材料中分拣出来。所以,APHA认为:“消除氯代有机物释放和排放及由此造成的物质接触的唯一可行的明智方法是在制造流程中避免使用氯气及氯化物”。

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TPU:医疗器械制造中PVC的极佳
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替代品由于存在与PVC材质的医疗器械相关的使用和处理风险,并且管理机构和客户坚持要求,因此世界上的许多生产商和医院都在寻找PVC的替代聚合材料。实际上,有些卫生体系已经承诺从医院中完全消除PVC。用于制造医疗器械的PVC替代材料有多种,但是我们发现TPU是最佳的替代材料,它用作PVC材质的医疗器械替代品的历史已有几十年。


TPU相对于PVC的关键优势之一是它不需要通过增塑


剂获得柔韧性,因此不存在邻苯二甲酸酯从医疗器械迁移到药液或人体的风险。实际上,TPU在人体内使用时会变软,这种插入人体前具有足够硬度,而进入人休后变得柔韧的特性可确保患者感觉舒适。此外,TPU易于焚化,不会释放出腐蚀性物质以及焚烧PVC时会产生的其他危险化学物质。TPU不需要专用设备加工或处理,可方便地使用各种方法进行消毒。


从材料质量角度来看,TPU的强度明显高于PVC和其他替代材料,能够制成抗内压强度更高的薄壁导营和医疗袋。使用TPU制作的医疗器械结构不仅更耐用,用料更少,而且制成的医疗器械在频繁使用的医皖环境中损坏的可能性也更低。较之EVA和TPO等其他潜在PVC替代材料,TPU还具有更好的透明度,可确保不逊于PVC的美观程度。综上所述,TPU是医疗器械中PVC的最佳替代材料。


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TPU在薄膜领域逐步取代PVC
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由于TPU的环保无毒和易于回收及分解,TPU薄膜成了鞋材上PVC材料的最好替代品,而且可以使用PVC的地方,就可以用TPU来代替。作为进入欧美市场的通行证,SGS、ASTM、JIS、FDA等国际知名测试机构的检验报告也是十分重要的。


TPU薄膜具有PVC无可比拟的优越性


价格,从来都是市场调节最有效最直接的手段,PVC薄膜,便是依靠其低廉的价格在保鲜膜、塑料袋、地膜等领域广泛使用。即便如此,由于TPU薄膜具有PVC无可比拟的优越性,正在实现对PVC的替代。


TPU薄膜具有其它塑料和橡胶无法比拟的高强度、高韧性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、环保无毒、可降解等优良特性;又具有防水透湿、防风、防寒、抗菌、抗紫外线等优异性能,可应用在众多工业和民用领域,是一种绿色薄膜,是取代PVC薄膜的理想替代品。

TPU薄膜性能优良,在抵抗变形、刻痕和划伤的能力即硬度方面范围很广,而且,即便在这些条件增强的情况下,弹性和耐磨性能方面依旧表现不俗。同时,TPU薄膜在承载能力方面、抵抗强大冲击力方面和减少降低震动性方面效能优异,综合来说就是它在机械强度方面很高。


当然,PVC材质物品冬天容易变硬,TPU薄膜的耐寒性十分突出。即使在零下35度的情况下,弹性、柔顺性和其他性能不会变差。而且,它的加工性能好,通过注塑、挤出、压延都能成型,再加上耐油、耐水、耐霉菌,再生利性好,所以综合效能十分优异。


PVC由于需要添加众多助剂,环保性能方面大打折扣可谓众所周知。而TPU薄膜不仅拥有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性,而且是种成熟的环保材料,这种特性十分符合当下消费者的心理消费需求。


TPU薄膜能应用于鞋底及鞋面上的商标装饰、气囊、气垫、油包等方面,再加上成型工艺便捷,压延、流延、吹膜、涂覆等工艺都能够制备,使TPU薄膜在运动鞋上应用极广泛,并不断扩展到医疗器材、健身器材、汽车椅座材料、雨伞、皮箱包等各个领域。


TPU薄膜,机械性能和弹韧性是一般的PVC制品难以望其项背的,并且在低温下的良好反应以及环保方面的卓越品质,都在昭示着TPU薄膜具有PVC无可比拟的优越性。


2020年全球热塑性聚氨酯薄膜市场


收入将达7.246亿美元根据美国市场调研公司GrandViewResearch发布的最新报告,至2020年,全球热塑性聚氨酯(TPU)薄膜市场收入预计将达7.246亿美元。汽车应用主导TPU薄膜市场,2013年需求量为1.16221万吨左右。在汽车领域,越来越多的TPU薄膜被用于油漆保护、防刮保护、抗碎片和后保险杠保护。售后市场的发展也将推动TPU薄膜市场增长。


亚太地区是全球最大的TPU薄膜区域市场,2013年需求量为1.6299万吨左右。未来六年内,预计汽车行业的发展以及运动产品和建筑领域对TPU薄膜需求的加大将促进这一市场的增长,2014-2020年复合年增长率有望达到7.8%。同时,相比其他区域市场,亚太地区TPU薄膜价格较低,这可能也有助于市场增长。此外,报告还指出:2013年全球TPU薄膜市场需求为4.67691万吨。2014-2020年,预计复合年增长率为5.5%,至2020年需求量将达6.80331万吨。


航空航天业是需求增长最快的应用领域,预计2014-2020年复合年增长率将达6.6%。

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2013年,北美和欧洲对TPU薄膜的需求量在全球总需求量中分别占27%和19%。汽车和建筑领域对TPU薄膜用量的加大将推动两地市场增长。


中国和印度主导亚太地区TPU薄膜市场。在2013年,两国需求量占该区域市场总需求量的60%以上。2013年,日本TPU薄膜需求为3,685.4吨左右。2014-2020年,预计当地需求复合年增长率将达4.9%。


全球TPU薄膜市场被四家公司高度占领:拜耳材料科技、亨斯曼、3M和PermaliGloucester。2013年这四家公司所占市场份额超过40%。其他领先公司还包括AmericanPolyfilm、PAR集团、Nippon、路博润和艾利丹尼森。


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TPU在电线电缆领域逐步取代PVC
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线缆护套必须保护内部的主要绝缘部分不受到外部环境中的气候和水分的影响和摩擦等物理伤害。在过去的若干年中,TPU在不同的线缆应用上正逐步取代很多材料,特别是PVC和合成橡胶。TPU提供了耐撕裂、耐磨与弯曲特征,耐高低温性更是电缆性能的关键。在中国市场上,高等电缆如控制电缆与电力电缆才有用TPU防护套,用来保护设计复杂电线电缆。


TPU应用于从低电压到IKV的线缆护套,因其具有无以伦比的硬度,低温柔韧性,耐磨性,耐环境和耐候性。这些特性都延长了线缆的耐久力和使用寿命!采用TPU材料最大优势在于绿色环保!


澳大利亚对华聚氯乙烯扁平电缆作出反倾销初裁




2015年1月19日,澳大利亚对原产于中国的聚氯乙烯扁平电缆作出反倾销初裁:自中国进口的涉案产品存在倾销,且对国内产业造成了实质性损害,因此初步裁定倾销幅度如下表所示。涉案产品海关编码为8544.49.20。


2014年11月,澳大利亚对原产于中国的聚氯乙烯扁平电缆进行反倾销立案调查。

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TPU吸引电线电缆企业的主要特性




1,柔韧性,主要是弹簧线、电脑用电线、电动工具里的电线、鼠标线、USB线、手机数据线等。


2,耐候性,耐高、低温更是电缆性能的关键,尤其是要满足在寒冷的气候下工作的电缆,比如在冰块中拖动的电缆,海底电缆。要求材料在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。


3,耐水解,主要是聚醚型TPU


4,抗微生物,主要应用在医疗设备用电线电缆,要求电缆抗菌、防霉、没有能量释放。


5,防火阻燃性能,可以满足V0-V2的防火要求,UL认证,有黄卡,不含卤素,在燃烧时产生的烟雾有毒物质很少,具有良好的耐燃性能。


6,加工性能好:中国应用TPU生产电线电缆的企业大多规模较小,要求TPU产品可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工,如注射、挤出、压延等等。同时企业要求TPU与某些高分子材料共同加工时能够得到性能互补的聚合物合金。


7,耐磨性,由于聚酯类聚氨酯不耐水解,所以电线电缆行业常用聚醚型聚氨酯。



电线电缆产品绿色环保有助于TPU的广泛应用




电子产品对环境的潜在影响引起政府的高度重视。一些国家政府单位相继出台了一些自愿的或强制的措施:如美国加州较有名的第65条提案以及欧盟废车回收指令、欧盟限制使用有害物质指令(RoHS)等。明确规定须符合无卤、低毒、阻燃、燃烧时发烟量低、不产生或少产生腐蚀性气体和有害卤素气体、不含铅等重金属、不污染土壤、耐热温度高、废旧电线材料可回收使用等标准和特点。


2006年中国政府推行的《电子信息产品污染控制管理办法》与欧盟RoHS指令类似。涉及范围包括电子雷达、电子通信、广播电视、计算机、家用电子、电子测量仪器、电子材料等产品,对在中国市场上销售的电子信息产品,《管理办法》就产品的生产工艺、材料、产品标注、包装物等方面做了严格的控制和规定,力争实现有毒有害物质在电子信息产品中的替代或减量化,保护环境,节约资源。


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电子产品对人们的危害,早已受到环保组织的关注。环保组织要求减少致癌二恶英和氯化物的排放量及限制使用某些稳定剂、增塑剂和阻燃剂在电线电缆的应用。