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【PU】想了解聚氨酯?那一定不能錯過這篇文章!

更新日期:2021年6月9日 大字 小字
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聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯,是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統稱。它是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,還可含有醚、酯、脲、縮二脲,脲基甲酸酯等基團。根據所用原料的不同,可有不同性質的產品,一般為聚酯型和聚醚型兩類。可用于制造塑料、橡膠、纖維、硬質和軟質泡沫塑料、膠粘劑和涂料等。聚氨酯是一種新興的有機高分子材料,被譽為“第五大塑料”,因其卓越的性能而被廣泛應用于建筑、汽車、輕工、紡織、石化、冶金、電子、國防、醫療、機械等眾多領域。
1937年德國Otto Bayer教授首先發現多異氰酸酯與多元醇化合物進行加聚反應可制得聚氨酯,并以此為基礎進入工業化應用,英美等國1945~1947年從德國獲得聚氨酯樹脂的制造技術于1950年相繼開始工業化。日本1955年從德國Bayer公司及美國DuPont公司引進聚氨酯工業化生產技術。20世紀50年代末我國聚氨酯工業開始起步,近10多年發展較快。
原料篇
我們通常意義上所說的TDI、MDI、AA等產品屬于聚氨酯原料,而不能稱為聚氨酯產品。聚氨酯原料主要包括:異氰酸酯、聚酯多元醇(由多元醇和多元酸反應生成,常用的多元酸有己二酸,常用多元醇有1,2丁二醇、乙二醇等)、聚醚多元醇(常用的有PPG、POP、PTMEG等)、溶劑(常用的有DMF、TOL、MEK等)、擴鏈劑(常用的有BDO)以及各種助劑。
一、異氰酸酯
異氰酸酯是異氰酸的各種酯的總稱。若以-NCO基團的數量分類,包括單異氰酸酯R-N=C=O和二異氰酸酯O=C=N-R-N=C=O及多異氰酸酯等。目前應用最廣、產量最大的是有:甲苯二異氰酸酯(Toluene Diisocyanate,簡稱TDI);二苯基甲烷二異氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,簡稱MDI)。
TDI
甲苯二異氰酸酯簡稱TDI,主要應用于軟泡、涂料、彈性體、膠粘劑。其中軟泡是最大的一塊消費領域,占了70%以上,涂料占了15%以上。
軟質聚氨酯泡沫材料在家具、建筑和運輸領域有廣泛的應用。另外,TDI還可以用于生產硬質聚氨酯泡沫材料、膠粘劑、混凝土密封劑、尼龍-6交聯劑、聚氨酯涂料和聚氨酯彈性體中間體。
MDI
二苯基甲烷二異氰酸酯簡稱MDI,產品可分為純MDI、聚合MDI、液化MDI、改性MDI等。
純MDI主要用于生產漿料、鞋底原液、氨綸、TPU和聚脲噴涂等。
聚合MDI主要用于生產聚氨酯硬泡、CASE領域。聚氨酯硬泡廣泛應用于保溫行業,如冰箱冰柜、太陽能熱水器、保溫管道等,同時還可用于生產仿木家具、PU板材等。
多亞甲基多苯基多異氰酸酯
多苯基多亞甲基多異氰酸酯,簡稱PAPI,或稱粗MDI。PAPI實際上是由50%MDI與50%官能度大于2以上的多異氰酸酯組成的混合物。升溫時能發生自聚作用。溶于氯苯、鄰二氯苯、甲苯等。PAPI的活性低,蒸氣壓低,只是TDI的百分之一,故毒性很低。用于制造聚氨脂膠粘劑。也可直接加入橡膠膠粘劑中,改善橡膠與尼龍或聚酯線的粘接性能。
其他異氰酸酯(HDI等)
其他異氰酸酯有1,6-已二異氰酸酯(HDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)、萘-1,5-二異氰酸酯(NDI)等。后兩種產品目前在國內市場應用不多,而HDI因為其耐黃性能良好的優點將替代TDI在涂料行業廣泛使用,目前在一些車用高檔漆中使用HDI已相當普及。
二、多元醇
聚酯多元醇
聚酯多元醇通常是由有機二元羧酸(酸酐或酯)與多元醇(包括二醇)縮合(或酯交換)或由內酯與多元醇聚合而成。二元酸有苯二甲酸或苯二甲酸酐或其酯、己二酸、鹵代苯二甲酸等。多元醇有乙二醇、丙二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等。
己二酸
己二酸簡稱AA,在尼龍66鹽中,主要用于制己二腈進而生產己二胺,并與己二胺合成生產聚酰胺66(尼龍66),聚酰胺66可作為工程塑料與錦綸纖維。  
己二酸在聚氨酯領域最重要的用途是生產聚氨酯彈性體,是PU樹脂和鞋底原液廠的主要原料。與二元醇反應生成聚酯多元醇,用以與純MDI,和其他溶劑生產漿料或者鞋底原液。此外還可用于膠粘劑、增塑劑、聚酯多元醇,TPU等。
1,4-丁二醇
BDO全稱為1,4-丁二醇,主要用于生產四氫呋喃(THF)、g-丁內酯(GBL)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚氨酯領域等。在聚氨酯領域中,可用于生產漿料、鞋底原液、TPU、氨綸等。
目前全球可工業化生產的BDO生產工藝技術主要有四種:Reppe法、丁二烯法、丁烷/順酐法、環氧丙烷/丙烯醇法
乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇
乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇這幾種產品和BDO一樣,在PU行業中主要應用于聚酯多元醇的原料。但相對BDO來說,這幾種多元醇在PU行業應用當中比率非常小。
聚醚多元醇
聚醚多元醇(簡稱聚醚,統稱PPG)是環氧丙烷的重要衍生產品,是合成聚氨酯的主要原料之一。由于起始劑種類的不同,生產的聚醚可分為軟泡聚醚、硬泡聚醚和彈性體聚醚。 聚醚多元醇最大的用途是生產聚氨酯塑料;其次用作表面活性劑,如泡沫穩定劑、造紙工業消泡劑、原油破乳劑、油井酸處理潤濕劑及高效低泡洗滌劑等;也用做潤滑劑、液壓流體、熱交換流體及淬火劑、乳膠發泡劑、多種切削和牽伸劑組分及專用溶劑等。
聚四亞甲基醚二醇
聚四亞甲基醚二醇,簡稱PTMEG,是聚氫呋喃的聚合物。主要用來生產聚氨酯彈性纖維(即氨綸)、聚氨酯彈性體、合成革、涂料助劑、膠粘劑、密封膠以及聚酰胺等。
三、助劑
DMF
DMF全稱為二甲基甲酰胺既是一種用途極廣的化工原料,也是一種用途很廣的優良溶劑。DMF主要用于革用樹脂的合成和PU皮革生產加工方面,約占總量的90%以上。還可用于醫藥、晴綸、農藥、染料、電子等其他行業中。
其他
環氧丙烷(PO)
環氧丙烷(PO)是除聚丙烯和丙烯腈外的第三大丙烯衍生物,是重要的基本有機化工合成原料,主要用于生產聚醚、丙二醇等。它也是第四代洗滌劑非離子表面活性劑、油田破乳劑、農藥乳化劑等的主要原料。環氧丙烷的衍生物廣泛用于汽車、建筑、食品、煙草、醫藥及化妝品等行業。已生產的下游產品近百種,是精細化工產品的重要原料。
四氫呋喃(THF)
四氫呋喃是一類雜環有機化合物。它是最強的極性醚類之一,在化學反應和萃取時用做一種中等極性的溶劑。四氫呋喃是生產聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)的重要原料,也是制藥行業的主要溶劑。
A組分料
A組分料是指由組合多元醇(組合聚醚或聚酯)及發泡劑等添加劑組成的組合料,俗稱白料。A組分料是形成聚氨酯硬泡的主要原料之一。
B組分料
B組分料是指主要成分為異氰酸酯的原材料,俗稱黑料。B組分料也是形成聚氨酯硬泡的主要原料之一。
工藝篇
光氣
光氣是一種重要的有機中間體,在農藥;當今醫藥;工程塑料;聚氨酯材料以及軍事上都有許多用途。以光氣為原料生產的異氰酸酯類產品,例如TDI,MDI,PAPI,是聚氨酯硬泡、軟泡、彈性體、人造革的重要原料;有些品種的異氰酸酯大量用于聚氨酯涂料;也有特殊品種用于膠粘劑,例如列克納膠。
分解法
分解法是將異氰酸酯殘渣加苛性堿進行分解,形成相應的芳香胺類化合物,然后精餾回收胺類化合物。或直接將分解液用于聚氨酯彈性體、防水材料、鋪裝材料等作交聯劑,亦可將堿液再次氧化丙烯化,經聚合制得相應的芳香胺-氧化丙烯聚醚醇,作為硬泡的原料。
溶液法
溶液法是將異氰酸酯殘渣溶解在有機溶劑中組成含NCO基的有機溶劑,再用作涂料、黏合劑以及泡沫塑料的方法。
醇解法
醇解法是指以醇類化合物為分解劑,使聚氨酯泡沫加熱分解,回收聚醚多元醇的方法。
破解法
破解法是指以苛性堿為廢聚氨酯泡沫塑料的分解劑,回收聚醚與芳香二胺的方法。
一步法發泡
一步法發泡是把所有原料同時全部混合后直接注入模具中,在一定溫度下固化成型從而制得泡沫塑料的方法。
完全預聚法
完全預聚法是把全部聚酯或聚醚和異氰酸酯反應生成預聚體,然后在催化劑作用下與水反應生成泡沫塑料制品。
半預聚法
半預聚法制預聚體,是指首先把過量的異氰酸酯和聚酯或聚醚反應,所得預聚體的游離異氰酸酯根含量范圍在20%~35%之間,發泡時把預聚體和聚酯或聚醚、發泡劑、泡沫穩定劑、催化劑等混合反應得到的泡沫塑料。
機械澆注發泡
機械澆注發泡是指用發泡機代替手工操作。把原料按比例混合并注入模具或空腔。
噴涂發泡成型
噴涂發泡成型是指把硬泡聚氨酯泡沫塑料的原料直接噴射到物件表面,并在此面上發泡的成型方法。
自結皮泡沫塑料
自結皮泡沫塑料又稱整皮模塑泡沫塑料,是指利用特殊工藝將PU組份一次形成帶堅實表皮的泡沫塑料制品。
應用篇
聚氨酯軟泡
軟質聚氨酯泡沫塑料,簡稱聚氨酯軟泡,是一種具有一定彈性的柔軟性聚氨酯泡沫塑料,它是聚氨酯制品中用量最大的一種聚氨酯產品。主要用作家具墊材、床墊、交通工具座椅坐墊等墊材,工業和民用上也把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱材料等。按軟硬程度,即耐負荷性能的不同,聚氨酯軟泡可以分為普通軟泡、超柔軟泡、高承載軟泡、高回彈軟泡等。
聚氨酯硬泡
硬質聚氨酯泡沫塑料,簡稱聚氨酯硬泡,是以A組分料和B組分料混合反應形成的具有防水和保溫隔熱等功能的硬質泡沫材料。聚氨酯硬泡多為閉孔結構,具有絕熱效果好、重量輕、比強度大、施工方便等優良特性,同時還具有隔音、防震、電絕緣、耐熱、耐寒、耐溶劑等特點,廣泛用于冰箱、冰柜的箱體隔熱層、冷庫、冷藏車等絕熱材料,建筑物、儲罐及管道保溫材料,少量用于非絕熱場合,如仿木材、包裝材料等。
聚氨酯半硬質聚氨酯泡沫塑料
聚氨酯半硬質泡沫塑料,其物理機械性能處于軟-硬泡沫之間,故也可稱為“半軟質”泡沫塑料。用于制備汽車方向盤、扶手、其次和保險杠等功能件和內部飾件。
仿木
高密度(密度300~700kg/m3)聚氨酯硬泡或玻璃纖維增強硬泡是一種結構型PU泡沫塑料,又稱仿木材,具有強度高、韌性好、結皮致密堅韌、成型工藝簡單、生產效率高等特點,強度可比天然木材高,密度可比天然木材低,可替代木材用作高檔制品。
聚氨酯彈性體(PU Elastomers)  
1、澆注型聚氨酯彈性體(簡稱CPU)
澆注型聚氨酯彈性體是通過澆注工藝,由液體樹脂澆注并反應成型的一類聚氨酯彈性體。是聚氨酯彈性體中應用最廣、產量最大的一種。
2、熱塑型聚氨酯彈性體(簡稱TPU)
熱塑型聚氨酯彈性體是由低聚合物多元醇軟段與二異氰酸酯擴鏈劑硬段構成的線性嵌段共聚物,有聚酯型和聚醚型之分。約占聚氨酯彈性體總量的25%左右。
3、混煉型聚氨酯彈性體(簡稱MPU)
混煉型聚氨酯彈性體是先合成貯存穩定的固體生膠,再經過混煉機加工,制成熱固性網狀分子結構的聚氨酯彈性體,占聚氨酯彈性體總量的10%左右。  
根據各自不同性能,聚氨酯彈性體廣泛用于礦山工業方面的篩板、搖床;機械工業方面的膠輥、膠帶、密封件;汽車工業方面的輪胎、密封圈傳動帶、減震彈簧;制鞋業方面的鞋底、鞋跟、鞋墊等部件;醫用方面的氣管套管、假肢、顱骨缺損修補材料等。
4、微孔彈性體
聚氨酯微孔彈性體最典型的應用是用于制鞋的鞋底原液,實際上是一種泡沫與彈性體的混合物。一般來說,聚氨酯鞋底原液是雙組分(或三組分),A組分是端羥基聚酯多元醇、水、硅油、可能有二元醇擴鏈劑的混合物。B組分是末端為NCO的預聚集物,(C組分是催化劑)。聚氨酯鞋底具有諸多優點:密度低,質地柔軟,穿著舒適輕便;尺寸穩定性好,儲存壽命長;優異的耐磨性能、耐撓曲性能;優異的減震、防滑性能;較好的耐溫性能;良好的耐化學品性能等等。聚氨酯多用于制造高檔皮鞋、運動鞋、旅游鞋等。  
聚氨酯漿料
分為濕法和干法兩大類,是一種高分子的溶液體系,外觀透明或微濁。漿料用作涂層制備聚氨酯合成革、人造革。 干法聚氨酯漿料,在應用的過程中,靠加熱蒸發將漿料中的溶劑蒸發掉,溶劑大都是用甲苯、丁酮,蒸發掉的溶劑無法回收,不僅污染環境,而且還造成了不必要的浪費。  濕法聚氨酯漿料,由于加工過程采用的是將DMF用水抽提(原因是DMF與水有無限的溶解性),比較環保,而且生產出的合成革具有良好的透濕、透氣性能,手感柔軟、豐滿、輕盈,更富于天然皮革的風格和外觀,因此發展速度極為驚人。  
合成革
模擬天然革的組成和結構并可作為其代用材料的塑料制品。通常以經浸漬的無紡布為網狀層,微孔聚氨酯層作為粒面層制得。其正、反面都與皮革十分相似,并具有一定的透氣性,比普通人造革更接近天然革,一般合成革通指聚氨酯合成革。
聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是指以聚氨酯樹脂為主要成膜物質的涂料。聚氨酯涂料可分為雙組分聚氨酯涂料和單組分聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的應用領域主要有:車輛涂裝、船舶、木材、建筑物涂裝、防腐涂裝、飛機、塑料、橡膠、皮革的表面涂裝等。其中水性聚氨酯涂料以水為主要介質,具有低VOC含量、低或無環境污染、施工方便等特點,是溶劑型涂料的主要替代品之一。
聚氨酯清漆
以聚氨酯樹脂為主要成膜物質的涂料。按其組成和成膜機理而將其分為五大類:聚氨酯改性油涂料、潮氣固化聚氨酯涂料、封閉型聚氨酯涂料、催化固化型聚氨酯涂料和羥基固化型聚氨酯涂料。
聚氨酯膠粘劑
聚氨酯膠粘劑是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO)的膠粘劑。聚氨酯膠粘劑分為多異氰酸酯和聚氨酯兩大類。多異氰酸酯分子鏈中含有異氰基(-NCO)和氨基甲酸酯基(-NH-COO-),故聚氨酯膠粘劑表現出高度的活性與極性。與含有活潑氫的基材,如泡沫、塑料、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料,以及金屬、玻璃、橡膠、塑料等表面光潔的材料都有優良的化學粘接力。
聚氨酯膠粘劑是目前正在迅猛發展的聚氨酯樹脂中的一個重要組成部分,具有優異的性能,在許多方面都得到了廣泛的應用,是八大合成膠粘劑中的重要品種之一。
1、多異氰酸酯膠粘劑
多異氰酸酯膠粘劑是由多異氰酸酯單體或其低分子衍生物組成的膠粘劑。屬于反應型膠粘劑粘接能力好,特別適合于金屬與橡膠、纖維等粘接。常見的三種:三苯基甲烷-4,4,4-三異氰酸酯膠粘劑(TTI),六代磷酸三(4-異氰酸酯基苯酯)膠粘劑(TPTI),四異氰酸酯膠粘劑。
2、通用型聚氨酯膠粘劑
通用型PU膠是我國最早合成的PU溶劑膠,代表性產品是PU 101膠。一般以聚己二酸乙二醇酯等與TDI反應制得端羥基PU樹脂溶于有機溶劑為主成分(固含量30%或50%);以三羥甲基丙烷(有的用丙三醇)與TDI加成物的醋酸乙酯溶液為固化劑(固含量60%或75%);固化劑的比例由多至少混合,可將金屬、塑料、織物等不同材料很好的粘接起來,特別是電絕緣材料中滌綸薄膜與多孔性材料的復合,包裝裝飾材料的復合等。
3、食品包裝型聚氨酯膠粘劑
此類聚氨酯膠粘劑一般是雙組分的,其甲、乙兩組分與通用型相似。但對膠粘劑有一些特殊要求,即能耐熱、耐寒、耐油、耐酸、耐藥品、阻氣、透明等性能。尤其是要求能耐水煮或蒸煮其剝離強度變化很小。此類聚氨酯膠粘劑用于復合薄膜(食品包裝之用)。有溶劑型聚氨酯復合膜膠、水性聚氨酯復合膜膠、無溶劑聚氨酯復合膜膠。
4、鞋用聚氨酯膠粘劑
此類膠粘劑是溶劑型的PU樹脂或改性的PU樹脂與固化劑搭配使用。此類膠粘劑要求初粘力大,膠粘層柔軟,耐溶劑好,能適應PU、PVC、EVA、橡膠等各種不同的材質。有溶劑型聚氨酯鞋用膠、粘接型TPU固體樹脂膠、水性聚氨酯鞋用膠。
5、聚氨酯熱熔膠
聚氨酯熱熔膠是由線型或少量支鏈的TPU樹脂配以有關助劑制成。室溫下是固體,使用時加熱熔融涂布,經壓合冷卻,在幾秒~幾分鐘內即完成粘接;常加工成粉、條、膜等形狀,貯運、使用方便,在專用熱熔機、器具的配合下涂膠,浪費少,并可回收再利用,常用于織物的復合、書籍裝訂、包裝、裝飾件、家俱制造等領域,尤其適用于高速的生產線。
6、反應型聚氨酯熱熔膠
反應型PU熱熔膠也稱濕固化PUR熱熔膠,由于熱熔粘接后,膠中的端NCO基可與環境中或基材表面的濕汽、活潑氫進一步反應固化,其粘接強度、耐溫、耐濕、耐介質、耐蠕變等性能進一步提高,因此是性能更為優異的一種PU熱熔膠,更適合于高要求的裝配流水線。
7、聚氨酯密封膠
聚氨酯密封膠性能優良,有良好的彈性、柔韌性和對位移的補償性],其價格適中,粘接強度和內聚強度一般高于有機硅和聚硫密封膠,近些年來發展很快,已被廣泛應用于建筑、汽車、船舶、集裝箱、土木工程、電子電器、基礎設施等的密封粘接。這類密封膠主要有:單組份濕固化PU密封膠和雙組份PU密封膠。
8、聚氨酯壓敏膠
此類膠粘劑是單組分的,在制備過程中不使用溶劑,避免了溶劑的污染和回收問題。次類膠粘劑具有優秀的粘接性、保持性、穩定性以及耐熱性,同時能用于水下粘接。
聚氨酯彈性纖維(Spandex,簡稱氨綸)
聚氨酯纖維是聚氨酯甲酸鏈段的線性高分子物質占形成化學結構85%以上的合成纖維,屬于高彈性纖維。國際上統稱為“斯潘德克斯”(Spandex),我國稱之為“氨綸”。主要商標名稱有Lycra(英威達)、Dorlastan(德國拜耳公司)、ESPA(日本東洋公司)、Opelon(日本東麗-杜邦公司)等。由于英威達的 “萊卡”(Lycra)品牌的產品具有極高的知名度,所以人們往往泛稱氨綸為“萊卡”。氨綸萊卡已被廣泛應用于紡織品中,是一種高附加值的新型紡織材料,其使用形式主要有四種:裸絲、包芯紗、包覆紗、合捻線。如絲襪、泳衣、舞蹈衣、純棉包覆絲、服裝等,在傳統紡織品中,只需加入不到5%數量的氨綸,就可以使傳統織物的檔次大為提高,顯示出柔軟、舒適、美觀、高雅的風格。
聚氨酯鋪裝材料
聚氨酯鋪裝材料的種類很多,包括鋪地材料、防水材料、灌注材料等。其中鋪地材料是用于運動場地與地板的鋪設,防水材料是用于建筑物樓頂的防水隔熱,灌注材料是用于建筑、煤礦、鐵道、石油開采、水利電力以及地質鉆探等部門的堵水、防水、加固、補強以及防腐等。
延伸篇
水性聚氨酯
水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質的新型聚氨酯體系,也稱水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水為溶劑,無污染、安全可靠、機械性能優良、相容性好、易于改性等優點,可廣泛應用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。
噴涂聚氨酯
是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與樹脂組份(簡稱R組份)反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物;預聚物和半預聚物是由端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份必須是由端羥基樹脂(例如:二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等)和端羥基(芳香族或脂肪族)擴鏈劑組成,在端羥基樹脂中,必須含有用于提高反應活性的催化劑。
噴涂聚氨酯(脲)  
也叫混合體(hybrid),它是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與樹脂組份(簡稱R組份)反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物;預聚物和半預聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份既可以是端羥基樹脂,也可以是端胺基樹脂;擴鏈劑組成,在樹脂組份中,可以含有用于提高反應活性的催化劑。
噴涂聚脲
是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與氨基化合物組份(簡稱R組份)反應生成的一種彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物。預聚物和半預聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成,在端氨基樹脂中,不得含有任何羥基成分和催化劑,但可以含有便于顏料分散的助劑。
生物降解PU材料
生物降解塑料是目前全球開發的熱點,形成產業化的技術途徑基本有二條:一條是開發高分子質量(分子質量10萬以上)的生物降解材料,典型品種如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸亞丙酯(PPS)、聚羥基脂肪酸(PHA)等生物降解塑料,這些生物降解塑料雖具有優良的生物降解性能,但普遍存在機械性能,尤其是韌性和耐溫性差等缺點;另一條是開發低分子質量的生物降解多元醇,通過異氰酸酯擴鏈,從而制成具有高分子質量的聚氨酯生物降解塑料。目前日本昭和高分子公司采用HDI作為擴鏈劑,制得分子質量為20萬左右的PBS,制成的PU降解材料可作為通用降解塑料使用,其用途廣泛。
綠色生物質多元醇
傳統多元醇的上游原料多源于石油和天然氣等資源,但隨著日益嚴重的能源短缺和人們對環保意識的增強,開發利用再生資源制造生物質多元醇,從而使得綠色PU材料已成為一個新的亮點。目前制備生物質多元醇的原料主要有植物油(包括蓖麻油、大豆油、棕櫚油、松香油)和植物纖維素、木質素多元醇(原料一般為木材、竹子、甘蔗渣、糧作物秸稈、麥草、枯草等)以及蔗糖、淀粉等。中國林業科學院林產化學工業研究所已研制成了松脂和油脂基酯多元醇,并與江蘇力強化工有限公司建成了年產5萬t生產線。
當前生物質多元醇已實現工業化并得到應用的蓖麻油多元醇,以印度為主,技術來源于美國陶氏化學和德國巴斯夫;大豆油多元醇以北美為主,棕櫚油多元醇以馬來西亞為主。我國上海中科合臣股份有限公司和山東萊州金田化工有限公司已制成大豆油多元醇,福建新達保溫材料有限公司已制成竹子為原料的植物纖維素多元醇。生物質多元醇可取代部分(20%~30%)聚醚多元醇,用于制造多種PU材料,包括PU硬泡、膠粘劑、涂料、彈性體和塑膠跑道等,已在汽車建筑外保溫和冰箱等領域得到應用。據有關資料報導,生物質多元醇與石油類多元醇相比能耗降低23%,非可再生資源消耗降低61%,向大氣排放溫室氣體減少36%。為此歐美國家有相關法規規定,含有生物質多元醇PU材料將優先采購。
PU復合材料
SPS復合材料
SPS是由PU與鋼材構成的一種具有雙層結構的材料,即在兩層鋼板之間注入PU彈性體而形成的一種結構型復合材料。與鋼材相比,SPS板材具有質量輕、抗沖擊、耐疲勞、減震、消音、隔熱以及結構簡單、加工方便等優點,可作為能承受較大外力的結構件,可替代鋼質構件應用于船舶、橋梁、渡橋和高層建筑等領域,成為國內外PU和鋼質材料界關注的一個熱點。
SPS已由委內瑞拉成功地應用于滾裝船。據報道,使用SPS復合構件,可改善船體主裝卸貨機性能,還可延長船舶使用壽命和航行中的安全性能。據英國智能工程公司介紹,SPS在北歐已普遍應用,主要用于貨船和滾裝船。目前亞洲也有越來越多的造船廠在船舶修理和新建建筑物中采用SPS復合材料,其中新加坡、馬來西亞和越南都在開發SPS復合材料。
同樣,SPS復合材料在我國造船、橋梁和建筑領域有著廣泛的應用價值,我國國內造船廠2008年已有10多個項目涉及SPS復合材料。
TPU復合材料
TPU(熱塑性聚氨酯彈性體)具有優良的綜合力學性能。目前在國內鞋業、膠粘劑、管材、電纜、皮革、薄膜和工業用輪等方面已得到廣泛應用,2008年國內TPU產量達12萬t,是全球最大的生產和消費大國。為了充分發揮TPU性能優勢,降低其成本,國內外均在開發TPU與塑料、TPU與橡膠的復合材料。此種低成本TPU復合材料在汽車、石化、冶金、機械、紡織等領域將會有更廣闊的應用前景。
產業篇
1.中國PU工業現狀
(1)到2012-2015年中國將成為全球主要消費市場
2007年中國PU產品消費總量為454.7萬t,2008年消費總量為480萬t(其中含溶劑160萬t)。2007年全球PU產品消費總量為1592萬t。目前中國PU消費總量占全球消費總量30%左右。
(2)中國是全球MDI、TDI產能和產量增長最快的地區之一
MDI目前產能為114萬t/a,至2012年將達到245萬t/a左右。TDI目前產能35萬t/a,至2012年將達到105萬t。屆時,中國將是全球MDI和TDI產能最大的地區之一。
(3)中國聚醚多元醇幾年來保持快速增長勢頭
PPG目前年產能為150萬t,至2011年產能將達到260萬t/a左右。PTMEG目前產能為23萬t/a。中國聚醚多元醇產能、產量已滿足了未來市場需求量,而且PPG將出現供過于求局面。
(4)跨國公司已將全球PU投資重心由歐美移至中國
近年來,全球知名跨國公司不斷加大在中國的PU投資力度,成立研發中心,將一些國際先進水平的制造技術首先投放中國實現本土化生產。這充分表明跨國公司已將PU投資重心由歐美移至中國,中國將成為推動全球PU發展的重要動力。
2. 我國國內PU區域分布格局將逐漸形成
我國PU產業地區分布格局逐漸形成,是我國PU產業快速發展的一個重要里程碑,也是確保我國PU產業可持續發展的一個主要保證。
以上海為中心的長三角地區。該區是目前國內PU產業最發達地區,PU原料及其制品已占國內半壁江山以上,其中MDI目前產能已達到89萬t/a,占全國82%。至2011年該區域MDI產能將達到129萬t/a,將成為全球MDI產能最大的區域之一。TDI目前產能為16萬t/a、占國內的50%,至2011年產能將達到46萬t/a、占國內的54%。該區域建有年產5萬t三聚體(HDI)和2萬t水性PU乳液的生產線。至2012年,該區域PPG產能將達到80萬t/a,占全國30%。該區域是國內乃至全球PU產業最發達的地區之一,上海市PU產業發展促進中心、上海市新材料協會與上海金山區聯合申辦將上海市金山化工區建成國家級PU生產基地。
以廣州為中心的珠三角地區。該區是國內PU產品外貿最發達的地區,也是PU外資和合資最多的地區之一。
以煙臺為中心的環勃海灣地區。該地區包括京津冀魯,是目前國內MDI和TDI主要生產地區,也是國內PU產品較為發達的地區之一。隨著該區煙臺萬華年產50萬t MDI和滄州大化(含黃驊)年產15萬t TDI項目的正式投產以及京津兩地未來PU產業的快速發展,該地區將成為國內PU產業十分發達的地區之一。
以葫蘆島為中心的東北地區。該地區石化原料基礎雄厚,是目前國內PPG和TDI資源集中地區之一。該區域PU原料和產品種類較多、產能、產量較大,市場廣、化工基礎強,已得到遼寧省和市政府高度重視,其目標是建成中國北方PU產業基地,是國內未來PU產業發展的亮點區域。
以蘭州為中心的西北地區。該區主要圍繞甘肅銀光TDI和擬建的MDI等產品為中心,形成下游PU產品產業鏈。
以重慶為中心的西南地區。該地區主要依托擁有國內最豐富的天然氣資源形成的強大化工原料基礎。該區域年產40萬t MDI項目一旦實施投產,以及PTMEG和BDO正式投產,將成為國內未來PU產業發展重點區域。
以福建泉州為中心的海西地區。該區域是目前國內PU鞋業和外貿最為發達的地區之一,并可充分利用中國臺灣在PU產品和技術上優勢。目前正在福清市籌建6萬t/a TDI生產線。
我國PU產業地區分布格局逐漸形成,由此將充分發揮國內各地區原料、技術和市場優勢,將全面有力推動我國PU產業向縱深方向發展。我國PU產業區域分佈格局壯大成熟之時,正是我國PU產業實現強國理想之時。
3. 建筑節能將成為推動我國PU產業快速發展的重要動力
建筑節能是我國長期堅持的不可動搖的國策,我國目前擁有世界上最大的建筑市場。今后幾年,我國建筑節能每年將消耗PU硬泡保溫材料100萬~200萬t,按建設部規劃PU建筑保溫比例占整個保溫市場20%計,年市場總值將達到500億~600億元,PU硬泡建筑節能市場潛力巨大。
4. 擴大內需已成為推動我國PU產業持續平穩發展新的經濟增長點
汽車工業有效地拉動了我國PU產業的快速發展。我國高鐵、地鐵、城市軌道交通基本建設已成為拉動我國PU產業快速發展新的動力。家電下鄉政策也給PU硬泡保溫材料帶來新的商機。
5. 新能源和環保是推動我國PU快速發展新的亮點
PU復合材料在風機葉片上應用前景廣闊,PU材料在太陽能新能源上應用潛力巨大。因此,綠色環保技術將有力地推動PU新材料快速發展。
6. 輕紡工業是拉動我國PU產業最強勁的動力因素
我國目前是全球五大PU產品制造中心,即家具、家電、皮革、制鞋和氨綸。這五大PU產品年消費量占我國PU產品總消費量的50%左右,是我國輕紡工業的主要產品,也是重要輕紡外貿出口商品。
7. 我國PU產業能保持平穩發展的三大關鍵因素
第一,政府頒布的一攬子刺激經濟政策,有力地緩解了金融危機給PU產業帶來的負面影響。
第二,我國高度發達的輕紡業,是確保金融危機后我國PU產業可持續發展的根本。
第三,我國強大的石化產業,是確保金融危機后PU產業可持續發展的可靠保證。
8. PU硬泡作為建筑保溫材料,節能和防火兩者可兼得
PU硬泡是目前國內外公認的最為理想的建筑節能保溫材料,在歐美國家建筑市場已得到廣泛應用。建筑節能PU硬泡作為建筑節能保溫材料,其防火安全性能是完全可達到的。為充分發揮PU硬泡在我國建筑節能中的作用,需借鑒國外在建筑節能中的成功經驗,國家有關部門也要權衡節能與安全兩者利弊,制定全面合理符合實際的防火安全性能標準。
9. PU新技術、新工藝是目前PU開發的熱點
PU新技術、新工藝已經成為目前PU開發的熱點,如ADI(脂肪族和脂環族異氰酸酯)異氰酸制造技術、非光氣法異氰酸酯制造技術、PU輪胎制造技術等。
10. PU新型材料是目前PU開發的又一個熱點
目前,PU開發的又一熱點是PU新型材料,如生物醫學工程用PU彈性體材料、PS(聚氨酯-鋼材-聚氨酯)夾層結構復合材料、TPU與塑料復合材料、TPU與橡膠復合材料、生物降解PU材料等。
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