聚氨酯(Polyurethane,簡稱PU)全稱為聚氨基甲酸酯,是主鏈上含有重複氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統稱。聚氨酯可通過改變原料的種類和化學結構、規格指標、配方比例製造出具有各種性能的不同製品。
聚氨酯是各種高分子材料中唯一一種在塑料、橡膠、泡沫、纖維、塗料、膠粘劑和功能高分子大領域均有重大應用價值的合成高分子材料,產品滲透到國民經濟的方方面面,已成為當前高分子材料中品種最多、用途最廣、發展最快的特種有機合成材料。
世界聚氨酯產業發展簡史
有機異氰酸酯是一種不存在於天然界的化合物,最早是由德國化學家沃爾茨(Wurtz)於1849年用烷基硫酸鹽與氰酸鉀進行復分解反應合成烷基異氰酸酯。當時,沒有給異氰酸酯找到合適的用途,更沒有將氰酸酯的加聚反應進行了研究,發現可以生成各種聚氨酯及聚脲化合物,但實用性不大。
1937年,在德國勒沃庫森I.G.Farben(法本)實驗室,化學家奧托·拜耳(OttoBayer)及其同事應用加成聚合原理,利用液態異氰酸酯和液態聚醚或二醇聚酯生成了一種新材料,有別於當時已發現的聚烯烴和縮聚生成的塑料,這就是聚氨酯。
法本公司(I.G.Farben AG),全稱為“染料工業利益集團”(Interessen-GemeinschaftFarbenindustrieAG)。建立於1925年,曾經是德國最大的公司及世界最大的化學工業康采恩之一,總部設在萊茵河畔法蘭克福。第二次世界大戰後被盟國勒令解散,於1952年進行清算,拆分為愛克發公司(Agfa)、拜耳公司(Bayer)、巴斯夫(BASF)和赫斯特公司等10家公司。
二戰結束後的1945—1947年,英美等國從德國獲得聚氨酯的製造技術,於1950年相繼開始工業化生產。
聚氨酯工業的第一次飛躍:
50年代初,美國率先合成了有環氧丙烷(PO)和環氧乙烷(EO)共聚醚與TDI合成的聚氨酯軟泡塑料。
這是聚氨酯工業歷史上一次重大變革。此前德國採用的多元醇原料來源於煤,而此次原料來源轉變為成本更加低廉的石油,為聚氨酯的高速發展奠定了基礎。
1955年,日本從德國拜耳Bayer公司及美國杜邦DuPont公司引進聚氨酯工業化生產技術。
1957年,英國ICI公司成功開發了以MDI為原料的聚酯型硬質聚氨酯塑料。
1959年,美國杜邦DuPont公司研發出了一種劃時代的材料——萊卡(Lycra),即聚氨酯彈性纖維。如今,只要是採用了萊卡的服裝都會掛有一個三角形吊牌,萊卡幾乎成了所有氨綸的代名詞。
60年代中期各國相繼研製成功PU鋪面材料和PU灌漿防水材料。60年代後期德國Bayer公司和美國相繼開發成功RIM(反應注射成型技術)在汽車上的應用。
70年代初熱塑性PU彈性體(TPU)研究成功。
80年代初PU工程塑料問世,PU工業從此以一個塹新的面貌展現了出來。
90年代,聚氨酯的噴塗彈性材料得到了迅猛的發展,成為大面積塗裝項目的塗料。
聚氨酯與體育
- 從1986年墨西哥世界盃比賽用球——阿茲特克足球開始,聚氨酯首次走進足球製造領域,把足球帶進了一個人工合成材料的新時代,宣告了真皮時代的逐漸結束。
- 塑膠跑道又稱全天候運動跑道,從下到上一般分為基礎層和膠面層。膠面層一般是由彈性高分子材料構成的,主要由聚氨酯材料組成的稱為聚氨酯塑膠跑道。
- 曾在奧運會上大放異彩的“鯊魚皮泳衣”,也是聚氨酯纖維材料的傑作。“鯊魚皮泳衣”選用富有彈性的聚氨酯纖維材料製作而成,充分運用了仿生學的原理,可以減少3%的水阻力,這在游泳比賽中具有關鍵的意義。
我國聚氨酯產業發展簡史
20世紀50年代末我國聚氨酯工業開始起步,
1958年,大連染料廠研製成異氰酸酯(TDI),1968年建成年產500T生產裝置,為我國聚氨酯工業開創了條件。
60年代初,江蘇省化工研究所等單位研製成了聚醚型PU軟質泡沫塑料。
70年代初江蘇所與南京橡膠廠研製成混煉型PU彈性體(MPU),同期天津化工研究院和天津油漆廠研製成PU塗料。
1974年,北京建築工程研究所研製成PU防水材料,江蘇所研製成PU防水和灌漿料。
1976年,江蘇省化工廳組織了江蘇省化工研究所等單位進行PU跑道膠的技術攻關,並於1978年開始在國內各種類型體育場地大面積推廣應用。
80年代,山東煙臺合成革廠(萬華化學前身)從日本引進了PU合成革技術,以後又引進了1萬t/aMDI生產裝置,並於1984年正式投產成功。
80年代未到90年代,國內引進多套萬噸級規模的聚醚生產裝置以及TDI製造技術和設備,為聚氨酯的發展奠定了基礎。
新世紀以來,聚氨酯已成為我國化工產業發展中最快的行業之一。
聚氨酯產業現狀
由於聚氨酯製品優越性能以及節能環保的特性,其市場需求保持了較快速度增長。數據顯示,2018年全球聚氨酯消費量已超1900萬噸。預計未來幾年,世界聚氨酯消費量將保持5%以上的增速增長,保持快速增長一方面是由於能夠替代木材、金屬、橡膠等多種材料,另一方面是發展中國家市場消費不斷增加。
01
全球市場
在聚氨酯製品各細分產品中,泡沫塑料為其主要產品,佔聚氨酯製品總量的54%左右,具體情況見圖1。
終端應用來看,分佈較為均勻,傢俱和內飾及建築工業共佔應用總量的51%左右,具體情況見圖2。
目前,亞太地區、北美和西歐是全球最主要的聚氨酯產銷地區,合計的消費量佔到全球總量的85%以上,其中亞太地區已經是全球最大的聚氨酯消費市場,佔全球市場份額的約45%;其次是北美和西歐,合計佔全球市場的約40%。由於北美和西歐的市場已經漸趨飽和,因此近幾年以及未來聚氨酯發展的重點將集中在亞太地區。此外,在其他新興國家如印度、巴西、墨西哥等,聚氨酯在建築、服裝、傢俱等行業中的應用需求也越來越大。
02
中國市場
目前,我國是全球最大的聚氨酯生產、消費國,佔全球聚氨酯產量的45%左右。近年來,隨著建築節能、汽車、家電、服裝、傢俱等產業的消費升級,聚氨酯應用規模和領域不斷增加。
目前我國聚氨酯的主要應用領域是聚氨酯泡沫(包括硬質、軟質等)、革用聚氨酯、塗料和彈性體等。從聚氨酯應用來看,2017年度我國聚氨酯泡沫、合成革漿料和塗料分別佔39.19%、17.12%和16.09%;其他製品所佔比重均在10%以下。
從聚氨酯產能區域佈局看,我國聚氨酯產業佈局已基本形成,主要有:以上海為中心的長三角地區;以煙臺、天津為中心的環渤海地區;以廣州為中心的珠三角地區;以重慶為中心的西南地區以及以福建泉州為中心的海西經濟區等聚氨酯產業聚集地區。
1、黃茂松《聚氨酯的發展史》;
2、蝌蚪五線譜《改變世界的聚氨酯,讓世界盃足球飛得更漂亮!》
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