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分析我国聚氨酯弹性体(TPU)产业现状及其应用领域介绍


       聚氨酯弹性体制品的类型很多,除了传统的浇注型(CPU)、热塑型(TPU)及混炼型(MPU)三种以外,还有反应注射成型、水分散体聚氨酯、溶液纺丝(氨纶)和喷涂聚脲弹性体等,上海苍洪抗黄变剂在聚氨酯弹性体产业具有重要的应用。

       聚氨酯弹性体是聚氨酯的一个重要的品种,目前其消费量占聚氨酯总消费量接近10%。聚氨酯弹性体用于制造各种胶轮、传送带、耐水耐压胶管、密封条和密封圈、电缆护套及各种薄膜等,产品广泛应用于钢铁、造纸、矿产、机械、印刷等行业。聚氨酯弹性体可与聚氯乙烯、聚乙烯、ABS塑料、碳纤维等进行复合,以降低成本和提高性能。聚氨酯弹性体也可以通过添加一些有机填料进行改性,以突出和加强某些方面的优越性能,同时克服聚氨酯弹性体的一些缺点来满足特殊需要。

       聚氨酯弹性体配方多种多样,可调范围很大,制品性能范围很宽,可替代普通橡胶、塑料以及金属。与金属材料相比,聚氨酯弹性体具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点;与塑料相比,聚氨酯弹性体具有不发脆、耐磨等优点;与常规橡胶相比,聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性的特点,透明或半透明,耐臭氧、可灌封或浇注、硬度范围广。

       预聚体和扩链剂是CPU的两个组分。目前我国聚氨酯弹性体所用的预聚体总产量约为12万吨。就产能而言,少数企业为5000~10000 吨/年,大多在3000~5000 吨/年,还有部分企业采用自产的预聚体生产CPU制品。我国预聚体生产厂家整体规模较小,产品质量稳定性一般,游离异氰酸酯单体含量较高。较高游离异氰酸酯单体的存在,带来诸多工艺和材料性能方面的问题。低游离预聚体市场年消费量在数千吨。经典脱除游离异氰酸酯的技术是采用短程蒸馏技术,但由于设备投资大、操作要求严格,国内探讨了很多年,一直没有大的发展和应用。国内CPU预聚体的供应厂家主要有科思创公司、科聚亚公司、山东一诺威聚氨酯股份有限公司、山东淄博华天化工有限公司和黎明化工研究设计院等。

       随着应用需求的提升和环保要求的提高,CPU聚氨酯预聚体正逐渐由TDI体系,向MDI、萘二异氰酸酯(NDI)和PPDI、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)等特种异氰酸酯体系转化。随着应用领域对聚氨酯弹性体耐久性、动态机械性能、耐热性能要求的增加,NDI聚氨酯弹性体正呈现上升需求,并已出现数家可供稳定NDI聚氨酯预聚体的生产厂家,如科思创公司、上海鹤城高分子科技有限公司、上海氨聪材料科技有限公司等。NDI和TODI体系的弹性体产品目前主要用于纺织用摩擦盘、切割纤维的轮子、叉车轮子等。上述特种弹性体的扩大和消费大多受上游特种异氰酸酯的制约。目前,NDI最大生产厂家依然是BASF,PPDI主要是原杜邦公司。国内主要有杭州崇顺和丽水有邦,江苏新沂农化有NDI、TODI和PPDI的小规模生产。

       聚氨酯弹性体用胺类扩链剂主要有3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA,E-100)和3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA,E-300),其中MOCA是聚氨酯弹性体材料中产量最大的固态扩链剂,MOCA产量的一半以上用于国内企业,大约近40%的产量用于出口。

       目前国内生产TPU的厂家约有100多家,产品在稳定性和中高端产品覆盖面与国外公司产品相比有一定差距。其原因一是由于在中高端产品不具备技术优势,二是设备采用国产装置造成精密度不够,三是国产原料稳定性较欠缺。外资企业路博润公司和亨斯迈公司产能有2万~3万吨/年,以中高端产品为主,设备全部进口。国内企业TPU产能在万吨级别的有万华化学集团股份有限公司、华峰热塑性聚氨酯有限公司、山东一诺威聚氨酯股份有限公司、美瑞新材料股份有限公司、苏州奥斯汀新材料科技有限公司、上海金汤塑胶科技有限公司等。其中,万华化学产能约12万吨/年,设备以德国进口为主;华峰集团TPU产能14万吨/年,90%以上采用进口设备生产;山东一诺威产能8万吨/年,主要采用进口设备,产品以中低端为主,价格比较有优势;苏州奥斯汀产能为1.2万吨/年,设备以进口为主;美瑞新材产能3万吨/年,设备国产为主,在特殊TPU领域具有优势;上海金汤科技规划产能2万吨,设备以国产为主,在TPU热熔胶领域具有优势。

       MPU是通过分子结构设计,在PU分子链结构中引入采用硫磺、过氧化物等进行交联固化的基团,通过传统橡胶硫化工艺制备的PU弹性体。早期国内主要有南京橡胶厂(金三力公司)和山西省化工研究所开展了相关研发和小规模的生产应用。由于MPU生产和性能优势不比CPU和TPU的好,因而市场占有率较小,但某些领域仍需使用MPU。国内广州顺力聚氨酯科技有限公司采用全新的合成工艺,于2017年初建成了一套7000吨/年的MPU生产线,产品包括聚酯、聚醚、聚己内酯的饱和型以及不饱和型,期望在耐磨胶辊、胶轮、胶管、胶带、密封和鞋材等方面开拓新的应用。国外主要有德国莱茵化学公司的400~500吨/年,美国TSE公司的1500~2000吨/年规模的产能,主要应用于耐磨胶辊轮、密封垫片、胶带和鞋材等方面。

      聚氨酯防水铺装材料及其他品种的市场情况。行业对塑胶产品的优劣有了比较明确的判定依据后,国内市场聚氨酯铺装材料产品品质愈来愈高,铺设的场地类型除常规的环保混合型塑胶跑道、全塑型塑胶跑道、透气型塑胶跑道之外,自结纹塑胶跑道、水性塑胶跑道、发泡TPU(ETPU)塑胶跑道、半预制型跑道等也已经成为铺设的一种趋势。施工过程无溶剂加入,材料不含邻苯类增塑剂、苯并芘、多环芳烃等有害物质,施工气味低,施工完毕后短期即可交付使用,有效保证了该产业良性发展。聚氨酯铺装材料生产厂主要集中在北京、河北、山东、江苏、上海、浙江、广东等区域,包括山东一诺威聚氨酯股份有限公司、青岛神鹿塑胶铺装有限公司、山东东海塑胶有限公司、北京蓝星科技有限公司、北京新世纪纳米塑胶材料有限公司等。

       随着我国高铁、地铁、城市轨道交通等基础设施建设,聚氨酯弹性体的消费量正在迅速增加。为适应高速列车的提速要求,开发聚氨酯枕木以取代或部分取代混凝土枕木是未来的发展趋势。其他品种聚氨酯弹性体在交通运输行业的用量也会相当可观,如高速铁路用减震垫板、嵌缝胶等。

      TPU由于具有优异的机械性能、耐久性、耐油性和耐化学性,在医疗行业的高级保健产品中前景广阔。在未来新兴领域应用方面,生物医学是聚氨酯弹性体潜在的重要应用领域。聚氨酯弹性体通过选择适当的软、硬段结构及比例,可以合成具有良好物理机械性能的医用心脏架桥、缝线、避孕套等材料,其耐磨性、韧性及生物相容性好,在体内降解周期短。相比其他的高分子材料,聚氨酯弹性材料更适合被制作成为组织工程中的支架或用于人体器官的制造,如人工心脏及心脏辅助装置,材料本身有不引起血栓及人体的免疫反应、不致癌和具有良好的生物相容性等性能。近年来,该材料已经在人工心脏、人工皮肤等制备方面有了较好的应用。

       聚氨酯弹性体行业发展需要关注点包括如下几个方向:TPU生产上一方面考虑技术升级,另一方面要解决和改善一些析出、耐黄更持久等性能问题;加强CPU、防水铺装材料等的结构调整,提升其工艺技术水平,提高产业集中度;加强TPU、氨纶等新技术开发,扩大高端产品市场占有率;进一步扩大在风能发电、太阳能光伏等新兴产业中的应用规模;淘汰低水平聚氨酯弹性体用扩链剂的生产装置,鼓励扩大高品质扩链剂生产规模,提升产业集中度,加大扩链剂如MOCA、MCDEA、DETDA、HER和HQEE等产品的推广应用;开发高性能TPU生产技术,填补我国高端、高耐热缓冲材料空白。

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