能优异,是聚氨酯原液今后的发展方向。 6. 1,4-丁二醇(BDO)
1,4-丁二醇应用在PU方面是用作PU合成革、聚酯型PU鞋底、鞋用PU粘合剂、PU弹性体等。目前我国已有生产装置15套,总计生产能力为7.39万吨,其中万吨级四套,产能为5.5万吨,占总产能的74.42%;千吨级七套,产能为1.75万吨,占总产能的23.68%;百吨级四套,产能为0.14万吨,占总产能的1.90%。我国BDO总产能尚没BASF一套装置大。
由于我国BDO开工率低,产量仍不够国内需求,故每年还要进口3000吨左右才能满足国内需求。随着新装置、扩建装置的陆续投产,供需情况好转,但海外大装置产量高(有过剩)、成本低、势必会冲击国内市场,我国1,4-丁二醇将受到严重冲击,使企业面临巨大的压力。 三、中国PU消费结构
目前我国PU主要消费领域为PU泡沫塑料、PU合成革、弹性体、涂料、胶粘剂、氨纶等。 1. 聚氨酯泡沫塑料
我国聚氨酯泡沫塑料工业发展至今已有40余年,2001年的产量已达到55万吨,占聚氨酯总产量的40%以上。其中软泡聚氨酯年产量为35万吨,硬泡聚氨酯为20万吨,主要应用于家具、交通运输、服装、冰箱、石油化工管道、建筑等行业。根据哥本哈根国际会议禁用氟里昂发泡剂的决议,我国必须加快寻找替代品的步伐,尽早实现全部替代。同时要开发高阻燃性、低烟雾聚氨酯泡沫塑料,加强结构发泡和高承载泡沫塑料的研制和推广应用,为各行业在新世纪的发展提供有力的支持和保障。
泡沫塑料是最重要的PU制品,其用途广泛,性能优良。中国PU泡沫塑料生产始于50年代,主要产品是软质泡沫塑料。60年代中期,中国开始生产硬质泡沫塑料,主要用于船舶、冷库、石油化工管道保温等。80年代是中国PU泡沫塑料高速增长的阶段,制品产量不断增长,年增长率达25%。国内的聚氨酯泡沫塑料生产始于50年代末,到70年代中期,生产厂家仅有10余家,生产能力约1.5万吨/年,实际产量约3000吨。近10年来,我国聚氨酯基本原料、制剂及制品得到了快速发展,引进了180-200套先进的发泡设备,大幅度提高了泡沫塑料制品的生产能力和年产量,使生产能力提高到20万吨/年以上,聚氨酯泡沫塑料的年平均增长率为20%-30%。软泡和半硬泡主要用于家具衬垫、装潢、车用垫材、地毯底衬、服装衬里、建筑吸音、体育垫材及床垫和仪器包装等方面。聚氨酯硬泡主要用于冰箱、冷库行业作隔热保温材料,占硬泡总消费量的57.5%;用于石油输送管道、化工贮罐及工业设备的隔热占15%;用于建筑隔热、吸声、装饰材料及活动房等占10%;用于交通运输的隔热占10%;其它占7.5%。我国与发达国家的差距是:国外硬泡主要消费于建筑业,占硬泡消费量的50%以上;我国大多用于冰箱、冷库,用于建筑业保温尚处于初始阶段。由于汽车和摩托车工 业的飞速发展,为聚氨酯泡沫工业的发展提供了机遇,其潜在市场也非常广阔。目前我国聚氨酯泡沫需求量已达到50万-55万吨。
近几年,中国PU泡沫塑料工业发展较快,产量逐年上升。1994-1999年间年均增长达20.11%。PU软泡沫的主要用途为家具(沙发、椅子坐垫及靠垫等)和床具(席梦思等垫材、复合面料)及服装鞋帽衬里等;模塑软泡的主要用途是汽车座椅垫材及摩托车、自行车座垫等。中国人口众多,家具、服装、自行车等消耗量较大。另外中国汽车工业发展,摩托车工业发展也为模塑软泡提供了广阔的市场。
PU硬泡主要用于制造绝热材料。中国是世界上最大的冰箱生产国,1998年约消耗了8万-10万吨硬泡。建材是PU硬泡的另一个较大的应用领域,中国建筑业发展迅猛,PU硬泡层压板、用于冷库及区域供热系统及输油管保温的PU硬泡需求量很大,2000年建筑业消耗硬泡70千吨以上。
在生产技术和产品种类方面,中国PU泡沫塑料也取得较大进展。软质块状泡沫塑料从拱顶法发泡改为以平顶法发泡和垂直发泡,提高了泡沫塑料的利用率,减少了废料,而且品种日趋多样化,除不同密度与硬度的系列化产品外,还可进一步加工制得复合泡沫塑料、多层贴合泡沫塑料、功能泡沫塑料,如黑色泡沫塑料、吸音泡沫塑料、阻燃泡沫塑料、抗静电泡沫塑料、防辐射泡沫塑料、家庭洗涤用仿天然海绵泡沫塑料、网状泡沫塑料等。随着中国经济的发展,中国PU泡沫塑料的年增长率将以二位数上升,发展方向将集中于生产成本低的低密度化产品。 2. PU合成革
在中国习惯上把PVC涂层的产品或PVC压延粘和的产品称之为人造革,把PU涂层的产品称之为合成革。全国生产人造革和合成革的企业在生产设备方面,现有湿法生产线(PU)总计约100条左右,其中投资在2亿人民币以上的有70-80条;干法生产线(包括PU及PVC)估计有300条;压延法生产线估计为170-180条;钢带法涂刮法估计为100条。实际产量估算:PVC人造革年产6.8亿平方米约43万吨;PU合成革年产1.7亿平方米约8.9万吨;其中以中低档产品居多。目前国内人造革、合成革生产能力已超出市场需求,企业间竞争十分激烈,不少企业已面临亏损和经营困难,必须从产品质量上找出路。
PU合成革可替代天然皮革,用于服装、鞋帽、箱包、沙发等制品,其手感、色泽、弹性和透气性方面的性能优于PVC人造革。PU合成革自60年代在美国开始生产以来,产量从70年代起以年均20%的速度上升,80年代以来,PU合成革在西欧、日本获得迅速发展,品种也不断发展。中国于1979年在广州人造革厂建成投产了第一条PU合成革生产线。1984年烟台合成革厂又从日本引进了年产为3000KM2的PU合成革生产线。到90年代,中国PU合成革工业逐渐形成完整的工业体系,干湿法生产线已有数百条,市场竞争空前激烈,对PU合成革的质量、品种要求越来越高。目前,中国PU合成革浆料的需求在220千-250千吨/年左右。温州地区合成革厂有上百家,合计PU合成革产量约占全国PU合成革总产量的60%左右。 从目前看来PU合成革应用正在逐步扩展,今后五年将继续以年均15%增长速度上升,因为PU湿式合成革透气性较佳,吸湿性好,耐侯性也佳,柔软性好,手感良好,重量轻,价格低于真皮革50%以上,可大量生产;而真皮来源有限,价格高,不易套裁,加工制品成本高。中国是世界制鞋大国,产量占世界产量的40%左右,达40亿双以上。中国制鞋业的40%企业为合资企业,产量占全国产量的45%,其中四大企业年产600万双旅游鞋、运动鞋,部份出口。
目前中国人均年消费皮革仅1.25平方英尺,而欧美发达国家人均己达3平方英尺,另外真皮来源短缺,价格上升,致使PU仿皮革市场兴旺。随着加工技术提高和发展,PU仿皮革已和天然动物皮革手感不相上下,且染色和耐牢度高,可体现鲜艳多采的面貌。随着设计制造水平上升,高档次的服装、鞋帽、箱包,价格大大降低,今后PU仿皮革将有更广宽市场。 3. 聚氨酯鞋底
PU鞋底具有质轻、防滑、弹性好、强度高、耐磨、耐油等优点,正取代橡胶成为鞋底材料的最佳选择。中国是世界第一大产鞋国,但目前PU在该产业的用量仅为30千吨/年,仅占鞋用料的3%左右,因此其应用市场潜力巨大。中国现有鞋底生产线约100余条,其中20%是从国外引进的生产线。
谈起皮鞋鞋底的材料,PVC、PU和TPR这三大系列占据了相当大的市场份额,而其中PVC又以价格低廉这一杀手锏保持着相当强劲的竞争势头,获得了许多加工制作低档外销鞋企业的青睐,前几年的销售情况一直不错。而近日,记者在一些企业和鞋底样设计室采访时了解到,2002年秋季以来,PVC鞋底不再像前一段时间那样受欢迎,而TPR、PU鞋底则渐渐热销起来。
那么,是什么原因导致了这种情况的发生呢?据了解,这是由于外商需求的变化而引起的。前几年,由于PVC的价格低廉,PU底的价格相对较高,使得许多外商在定货时更加趋向于低价的PVC。而近来,随着PU底的价格下降,使越来越多的外商更愿意选择物理、化学性能均优的PU,从而提高整鞋的质量和穿用寿命。
德国的MULLER公司在这一领域钻研了三十多年,该厂针对不同的弹性体而量身定制了一系列广泛的复合产品。1998年该公司便开始使用亨斯迈的TPU原料进行改良。这对于用于鞋业的特殊TPU复合产品行业来说,是一个多元化协作的开端
中国聚氨酯工业现状和发展(三)
2003-07-08
4. 聚氨酯弹性体
聚氨酯弹性体的模量介于塑料和橡胶之间,综合性能良好,具有较高的强度和弹性,可在较宽的硬度范围(邵A10度至邵D75)保持较高的弹性(伸长率可达400%甚至1000%):并有优异的耐磨性,其耐磨性是天然橡胶的2-10倍;而且耐油性优良,高于丁腈橡胶;同时耐氧性和耐臭氧性能佳和耐疲劳性及抗震动性好。聚氨
酯弹性体可分浇注型、热塑型、混炼型几类。应用领域己从国防军工和尖端技术领域扩展到冶金、石油、汽车、选矿、水利、纺织、印刷、医疗、体育、粮食加工和建筑等众多领域。目前国内生产能力约100干吨/年。由于它的品种繁多,应用广泛,使我国聚氨酯弹性体的生产能力发展较快。但配套原料主要靠进口解决。
汽车工业是聚氨酯弹性体和合成革的潜在市场,从涤纶工作会议得知,我国1999年汽车产量已达1830323辆,其中载重汽车756277辆,客车508680辆,轿车565366辆。2000年已达208万辆,2005年将达289万-336万辆,2010年将达389万-472万辆,所以汽车工业需要的MDI量很大。国外平均每辆汽车消费MDI为20-25公斤,而国内仅为5公斤。
近年来,世界各种弹性体产品的市场不断扩大,除了已在市场站稳脚跟的TPU(热塑性聚氨酯弹性体)外,以氟弹性体为代表的一些新品种的生产技术和市场也正在快速发展之中。氟弹性体主要用于航天、汽车、化学加工和半导体工业的O形环和其他密封。全球氟弹性体市场为4.5亿美元,约1.36万吨/年,氟弹性体需求的年均增长率为3%-4%,特种氟弹性体市场年均增长率为7%。其中,北美占世界氟弹性体消费量的50%-55%。 5. 聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是1960年发展起来的新型涂料,具有优良的附着力、耐化学品、装饰性及有优良的耐磨性能,是一种高档耐用的合成树脂涂料。广泛用于国防、航天、交通工具、家电、木器家具、仪器仪表、室内装饰等的保护和装饰。目前聚氨酯涂料在中国涂料总量中约占7%-8%,尤其进入20世纪90年代后,中国PU涂料以年均65%增长速度高速发展,1995年产量首次超过100千吨而越过硝基漆、丙烯酸树脂漆、环氧树脂漆、油脂漆、天然树脂漆,成为第三大涂料品种,产量仅次于醇酸树脂漆、酚醛树脂漆。PU涂料异军突起成为中国涂料三大品种之一。MDI用于生产聚氨酯涂料,特别是聚氨酯彩色涂料,1997年产量为11万吨,主要用于木器家具、地板漆、汽车修补漆、防腐涂料和特种涂料。彩色涂料在我国涂料中所占比率仅为1%,发展潜力很大。
2002年我国涂料总产量为2610千吨,其中PU涂料产量是206.45千吨。1991-2002年,中国涂料产量年均增长率为9.00%,而PU涂料产量同期年均增长达22.97%,比同期涂料总平均年增长率高13.97个百分点。 中国PU涂料的发展极不平衡,生产厂主要集中在华东和中南沿海省市。其中江浙沪产量增长最快。华东地区PU涂料产量约占全国PU涂料产量的80%。
由中国化建公司苏州防水材料研究设计所、国家建筑材料工业标准化研究所、北京卡莱尔防水材料有限公司等负责组织有关科研单位、生产企业参加起草的《聚氨酯防水涂料》国家标准,在北京通过了由全国轻质与装饰装修建筑材料标准化技术委员会主持的专家会议审定。
聚氨酯防水涂料以其防水性能好、低温柔性好,延伸率高,拉伸强度大,粘结性能与抗化学腐蚀性能良好,易施工等特点,早在30多年前就进人防水市场。80年代中后期,在上海、北京、广东、浙江等省市生产产量得到大幅度的提高,产品使用量与应用范围不断扩大,主要用于地下工程、卫生间与屋面防水。1994年的产品销售量为1.5万吨,2000年达到3万吨。预计2005年和2010年需求量分别为8万吨和10万吨。 目前通过审定的《聚氨酯防水涂料》国家标准修改采用了日本《JISA6201-2000建筑用防水涂料》中的相关部分。
6. 聚氨酯胶粘剂
聚氨酯胶粘剂不仅可以热固化,还可以在室温下固化,使用方便。其胶层具有优良的柔韧性,耐冲击性,耐化学品性,并且具有特别优异的耐低温性能及耐磨性,因此广泛用于制鞋织物、磁带工业及民用工业等领域。
高性能聚氨酯胶粘剂,素以其适中的价格和卓越的低温柔韧性、高断裂伸长率、高剥离强度和耐磨性以及对各种基材的粘接适应性等著称,近年其发展较快,年均增长率约为3%以上。按伦敦IAL咨询公司公布的数据,2000年全球聚氨酯粘剂生产量超过52.5万吨。 ①全球发展趋势
目前开发无溶剂、水剂和热溶性环境良好的高性能品种,已逐步替代溶剂型是聚氨酯胶粘剂发展的总趋势。
但是,因为溶剂型聚氨酯胶粘剂至今尚有一些性能优于其它品种,所以某些领域如制鞋行业仍在继续采用。溶剂型聚氨酯胶粘剂对皮革等多种鞋材的粘接强度高,其粘接剂的耐久性强。在干法复合薄膜工艺中,溶剂型聚氨酯胶粘剂对薄膜的润湿性佳,因此目前仍大量采用,尤其在发展中国家用量更多。但其所用溶剂必须具备低毒、对大气无污染的特性,且设有回收装置;胶粘剂必须含有高固体质量系数,以减少有毒溶剂溢入空气。双组分聚氨酯胶粘剂的固化剂多为加工成型多异氰酸酯,其游离异氰酸酯质量分数低于0.5%。 ②我国聚氨酯胶粘剂生产
我国聚氨酯胶粘剂开发于50年代,80年代以来发展较快,至今已经成为一个品种繁多、应用广泛的行业。中国第一批PU胶粘剂是由上海合成树脂研究所开发的聚酯型PU胶粘剂,1966年在上海新光化工厂投产,其牌号为铁锚牌101,现已发展为千吨级规模。1997年我国聚氨酯胶粘剂用量为4.5万吨。近年PU胶粘剂产量见表9。
中国已研究出织物整理剂,单包装液体密封胶、不干性和半干性密封胶,其牌号约10-20种,品种有聚酯型、聚醚型、改性环氧,厌氧型和聚氨酯酚醛粘网胶等。同国外相比,生产规模小,品种少,差距大。 聚氨酯胶粘剂(包括密封剂)。随着聚氨酯表观消费量约5.5万-6万吨。业内专家建议,我国聚氨酯胶粘剂“十五”发展目标为:到2005年,主要胶种的国产化率由目前的5%左右提高到50%左右。 ③世界聚氯酯胶粘剂主要胶种发展趋势 水墓聚氨酯胶粘剂
水基聚氨酯(APU)是将聚氨酯细粒分散于连续水相中形成的二元胶体。初始将其用作皮革涂饰剂,在欧洲发展较快。但APU的性能长期未得到突破性改善,仅局限于皮革涂饰剂、织物整理剂和印染助剂等方面的应用。近年来,通过新型离聚体制得的APU,加强了分子链中得库伦力和氢键作用,提高了胶粘剂性能,而开发出的可水分散的高官能度异氰酸酯,极易在水中分散。当水从APU分散液中分离出后,该异氰酸酯即刻与聚氨酯分子中的活泼氰快速而充分反应,大幅度提高了APU胶粘剂的耐水性、耐温性和粘接性等。瞌睡分散MDI胶粘剂可将农副产品麦秆、稻秆等磨碎物粘接成坚固、耐湿的中密度纤维板,变废为宝。可水分散异氰酸酯的间世,还可将其用作其他含活泼氢水性高分子的固化剂,扩大应用范围。
现在日本水性高分子异氰酸酯胶粘剂在胶粘剂年生产量统计中已单列一项。其1999年产量为10157吨,2000年为13669吨,2001年为13704吨。在日本经济不景气状况下其产量仍呈上升趋势,可见一斑。该胶粘剂主要用于建筑,木工和胶合板次之,部分替代通用脲醛胶粘剂,2000年用量为5563吨。近年日本将该技术转移到东南亚国家,就地制成木制品后,返回日本。北欧也已有该胶粘剂生产,用于家具等木制品和住房装修。全球年消费量约3万-4万吨。
中国聚氨酯工业现状和发展(四)
2003-07-09
由于APU合成和工艺的不断研究和开拓,其优异特性日渐被人们认识,现已在木材加工、家具、塑料薄膜复合、汽车内饰件等零部件粘接、织物涂饰整理、制鞋等工业获得应用。例如,拜耳生产的Dis-pereoll U系列APU,配以可水分散多异氰酸酯(DesmodurD)用于耐克和锐步等名牌运动鞋,并跻身包装和汽车行业,与丙烯酸酯或环氧树脂胶粘剂媲美;而陶氏化学开发的Intacta APU用于医用手套制作,可避免有天然橡胶或某些合成橡胶制成的手套对医务人员和患者引起的身体过敏,目前已建立生产装置;大日本油墨在日本Mikawa工厂已建成2万吨/年APU装置,产品主要用于高质喷墨纸涂层以及玻璃纤维细丝成束,估计该产品潜在市场需求约为10万吨/年。 表9 近3年PU胶粘剂产量 单位:千吨 年份 产量 备注
2000 37-39 包括密封胶产量 2001 39-42 包括密封胶产量 2002 41-43 包括密封胶产量 反应性热熔胶粘剂
反应性热熔聚氨酯胶粘剂(RHMA PU)是由Bostik公司于1984年开发成功的,牌号为Super-grip2000。20世纪90年代初期大量进入市场。它既有热熔胶粘剂无溶剂、初粘性高、装配时定位迅速等特性,又有反应性胶粘剂的耐水、耐温、耐蠕变、耐湿和耐介质等性能。可用于某些塑料部件粘接、复合,倍受现代自动化装配工业青睐,发展很快。因国家和地区不同,近年年增长率为7%-8%至10%-15%不等,其中美国发展最快。
RHMA PU常用聚酯多元醇作多元醇原料。为改善胶粘剂对塑料表面的润湿性,也开发出无定型聚酯多元醇作原料。由于RHMPU是一类基于染化配合化学的胶粘剂,借助原料选择、配方调整,可使胶粘剂露置时间延长到3分钟以上,便于施工,10分钟后,粘接强度可望达到6.89Mpa,最终剪切强度可高达17-27Mpa,延伸率达500%-700%。粘接强度随基材不同达2M-10MPa。近年在拓宽RHMA PU应用领域方面也进行了大量开发工作,已经在书本装订、汽车前灯玻璃、塑料粘接、木制品和织物复合等领域获得应用。RHMA PU装订书本不仅装订速度快、耐久、且便于纸张回收。有些公司已开发出能粘接难粘材料聚烯烃的RHMA PU,为汽车内饰件的复合开辟了新途径。
目前由于RHMA PU对湿气敏感很大,合成、贮运、使用过程均需严格隔离湿气,采用特殊结构设备,造成RHMA PU大量使用的不便。此外,尚待提高固化物强度和活性,其价格也不菲,大多用户特别是发展中国家现持观望态度。 硅烷化聚氨酯和聚醚
促进聚氨酯胶粘剂快速发展的原因之一是汽车和建筑两大支柱产业的发展。随着汽车生产向结构材料轻型化方向发展,必然采用铝、塑材料代替钢材,同时需要以粘接取代机械连接工艺。用聚氨酯胶粘剂能实现该工艺,能良好地粘接膨胀系数不同的两种材料。1999年西欧用于汽车和运输市场的结构和半结构聚氨酯胶粘剂2.3万吨,美国2.2万吨,日本1.6万吨,用以粘接SMC、FRP、ABS、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯等塑料和铝等轻金属材料。值得一提的是,全世界生产的汽车挡风玻璃几乎90%采用直接上玻璃工艺,其中美、欧、日比例更高。该工艺不仅解决了安全问题,而且结构符合空气动力学原理,减少气流阻力,使车速加快,节约能源。每扇玻璃平均需800g聚氨酯胶粘剂。目前该工艺已扩展到汽车后、侧窗。因性能价格比较高,还拓宽到卡车、大轿车、火车客车厢以及城市轻轨车厢等应用领域,其用量正在快速增长。 随着现代建筑业的迅速发展,防尘、防水、防有害气体用密封剂的需求量也日益增多。尤其建筑物幕墙结构的出现,有重点开发高性能品种的倾向。2000年美国建筑用聚氨酯密封剂和腻子需求量为14.29万吨,而有机硅密封剂为11.91万吨;欧洲聚氨酯密封剂需求量为1.9万吨,比有机硅密封剂少;日本2001年聚氨酯密封剂需求量28129吨,与有机硅密封剂(28991吨)相近。
制备该两类产品的关键有二:一为制备低不饱和度高相对分子质量聚醚。它是由阿科首先采用新颖双金属氰化物络合物作催化剂,有环氧丙烷开环聚和而得,牌号为Acclaim。现拜耳拥有该生产技术(阿科先转让与莱昂德尔,莱昂德尔转让与拜耳),由拜耳生产硅烷化聚氨酯供应西欧密封胶生厂商;二是硅烷改性聚醚,基本由日本Kaneka向全球供应。1997年底日本Kaneka在比利时建成年产7500吨的生产装置。 该类密封胶耐候性和无底涂粘接性均优于聚氨酯,不活污性和上漆性也均好于有机硅,在日本发展较快,1991年硅烷化聚氨酯密封胶产量为18317吨,2001年增长到39434吨,10年增长一倍多,年均增长7.97%。其在日本建筑用密封胶中占35.10%,高于有机硅密封胶(25.70%)和纯聚氨酯密封胶(25.0%)。近年,正逐步向欧美拓展。硅烷改性聚醚或聚氨酯主要用于建筑、汽车和运输工业等领域,部份替代聚氨酯起密封和嵌缝作用,也可用于直接玻璃工艺上。它与环氧树脂共熔,二者复配后,性能可互补;硅烷改性物赋予柔韧性,而环氧树脂提供机械强度,复配物的柔性粘结物可抵御位移、冲击和热应力。 泡沫密封剂
在美国聚氨酯泡沫密封剂发展也是方兴未艾,初期主要用于铝合金、塑钢门窗与墙体间密封以及管道、电线、电话线等穿孔密封;现扩展到冰箱、船舶、屋顶和液化气贮罐等粘接密封,并兼有绝缘、吸音作用。新技术是制备聚脲型和乳液型泡沫密封剂。 新型聚氨酯
目前,Eurotech公司计划将一类新型聚氨酯产品商业化。它是一类非异氰酸酯聚氨酯,有环碳酸酯与胺聚