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        我國聚氨酯行業彈性體市場發展現狀

        2020-05-26 406

        我國聚氨酯( PU) 行業在國家擴大內需、加大基 礎建設投資和外貿多元化一系列政策推動下,保持 了持續快速發展的勢頭。據統計,2005 年我國聚氨 酯產品消費量為 300 萬t,2010 年上升至 604 萬 t, 2018 年我國聚氨酯產品消費量為 1 274 萬 t。預計2019~2022 年,平均復合增長率達 5. 2%。伴隨著聚氨酯消費市場的發展,我國聚氨酯產 品產量增長非常迅速,2000 年產量僅為100 萬 t, 2010 年已達 650 萬 t。到 2018 年,我國聚氨酯產品 產量達到 1 300 萬t。由于聚氨酯產品優越的性能, 其應用規模不斷擴大,市場需求也將不斷增加,我國 聚氨酯產能還將不斷擴張。到 2022 年,我國聚氨酯 產品產量預計將達到 1 560 萬 t。聚氨酯彈性體是聚氨酯的一個重要的品種,目 前其消費量占聚氨酯總消費量接近 10%[1]。聚氨 酯彈性體用于制造各種膠輪、傳送帶、耐水耐壓膠 管、密封條和密封圈、電纜護套及各種薄膜等[2],產 品廣泛 應 用 于 鋼 鐵、造 紙、礦 產、機 械、印 刷 等 行 業[3]。聚氨酯彈性體可用其他聚合物、纖維、粉未 填料等改性以降低成本和提高性能。聚氨酯彈性體制品的類型很多,除了傳統的澆 注型( CPU) 、熱塑型( TPU) 及混煉型( MPU)3 種以 外,還有反應注射成型、水分散體聚氨酯、溶液紡絲 ( 氨綸) 和噴涂聚脲彈性體等。我國目前是全球 PU 彈性體最大生產、消費和出口國。本綜述就我國聚氨酯彈性體的應用領域、產量和市場消費量以及發展情況進行闡述。1 聚氨酯彈性體的應用領域聚氨酯彈性體配方多種多樣,可調范圍很大,制 品性能范圍很寬,可替代普通橡膠、塑料以及金屬。 與金屬材料相比,聚氨酯彈性體具有重量輕、噪音 低、耐損耗、加工費用低及耐腐蝕等優點; 與塑料相 比,聚氨酯彈性體具有不發脆、耐磨等優點; 與常規 橡膠相比,聚氨酯彈性體具有耐磨、耐切割、耐撕裂、 高承載性的特點,透明或半透明,耐臭氧,可灌封或 澆注,硬度范圍廣。其應用領域見表 1。2 聚氨酯彈性體產量情況[4]聚氨酯彈性體應用越來越廣,中國聚氨酯發展 速度高于全球平均值,表 2 為近幾年我國及全球聚 氨酯彈性體產量情況及預測。據報道,2010 年我國聚氨酯彈性體產量為 46 萬 t,從表 2 可以看出,2018 年我國彈性體產量達到 107 萬 t,發展非常迅速。2019 ~ 2021 年聚氨酯彈性 體市場規模將繼續增加,預計 2019 年產量為 118 萬 t,2021 年產量將達到近 150 萬 t。2016 年至2021 年年均復合增長率為 10. 2%。從全球范圍來看,2018 年全球聚氨酯彈性體產 量達到 281. 6 萬 t,2019 年全球產量預計為 302. 2 萬 t,2021 年產量將達到 353. 9 萬 t。2016 年至 2021 年年均復合增長率為 7. 1%。
        3 聚氨酯彈性體市場需求及消費情況2010 年我國聚氨酯彈性體消費量為 43 萬 t, 2018 年 上 升 至 107 萬 t,年均需求復合增長為 12. 5%。2019~2022 年,聚氨酯彈性體市場消費量 將繼續增加,預計2019 年我國聚氨酯彈性體市場消 費量約為 118 萬 t 。表 3 為聚氨酯彈性體在所有聚氨酯產品中所占 份額的變化情況,可以看出份額呈上升趨勢,2018 年將近 10%。根據 2018 年我國聚氨酯彈性體市場產品結構, TPU 規模最大,其次是 CPU、防水鋪裝材料及其他 品種?,F對聚氨酯彈性體部分品種進行分析。3. 1 CPU 的市場情況表 4 為 2010 ~ 2018 年我國 CPU 市場消費變化 情況。由表 4 可知,2010~2018 年,我國 CPU 消費量 不斷上升。2010 年我國 CPU 消費量為 9. 4 萬 t, 2018 年 CPU 消費量上升為 26. 7 萬 t,2018 年消費 量增長率超13%。預聚體和擴鏈劑是 CPU 的兩個組分。目前我 國聚氨酯彈性體所用的預聚體總產量約為12 萬 t。就產能而言,少數企業為 5 000 ~ 10 000 t /a,大多在 3 000~5 000 t /a,還有部分企業采用自產的預聚體 生產 CPU 制品。我國預聚體生產廠家整體規模較小,產品質量穩定性一般,游離異氰酸酯單體含量較 高。較高游離異氰酸酯單體的存在,帶來諸多工藝 和材料性能方面的問題。低游離預聚體市場年消費 量在數千噸。經典脫除游離異氰酸酯的技術是采用 短程蒸餾技術,但由于設備投資大、操作要求嚴格, 國內探討了很多年,一直沒有大的發展和應用。目 前國內民企僅有淄博正大聚氨酯有限公司 1 000 t /a 的低游離甲苯二異氰酸酯( TDI) 預聚體生產能力, 而外企朗盛化學公司不僅有低游離 TDI 預聚體,還 有低游離二苯基甲烷二異氰酸酯( MDI) 預聚體和低 游離對苯二異氰酸酯( PPDI) 預聚體。國內 CPU 預聚體的供應廠家主要有科思創公 司、朗盛化學公司、山東一諾威聚氨酯股份有限公 司、山東淄博華天化工有限公司和黎明化工研究設 計院有限責任公司等。其中,山東一諾威生產能力 在 5 萬 t /a 左右。隨著應用需求的提升和環保要求的提高,CPU 用的預聚體正逐漸由 TDI 體系向 MDI 體系,以及向 萘二異氰酸酯( NDI) 、PPDI 和二甲基聯苯二異氰酸 酯( TODI) 等特種異氰酸酯體系轉化。隨著應用領 域對聚氨酯彈性體耐久性、動態機械性能和耐熱性 能要求的增加,NDI 聚氨酯彈性體正呈現上升需求, 并已出現數家可供穩定 NDI 聚氨酯預聚體的生產 廠家,如科思創公司、上海鶴城高分子科技有限公司 和上海氨聰材料科技有限公司等。NDI 和 TODI 體 系的彈性體產品目前主要用于紡織用摩擦盤、切割 纖維的輪子、叉車輪子等。上述特種彈性體的擴大和消費大多受上游特種 異氰酸酯的制約。目前,NDI 最大生產廠家依然是 巴斯夫公司,PPDI 主要是原杜邦公司。國內主要有 杭州崇順和麗水有邦,江蘇新沂農化有 NDI、TODI 和 PPDI 的小規模生產。聚氨酯彈性體用胺類擴鏈劑主要有 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 是聚氨酯彈性體材 料中產銷量最大的固態擴鏈劑,MOCA產量的一半 以上用于國內企業,大約近 40%的產量用于出口。 MOCA 主要生產企業有蘇州湘園新材料股份有限公司( 1 萬 t /a,采用全自動 DCS 遠程控制技術) 、濱海 縣星光化工有限公司( 5 000 t /a) 、山東崇舜新材料 科技有限公司( 1 500 t /a) 、濱??h明昇化工有限公 司( 1 500 t /a) 和安徽祥龍化工有限公司 ( 1 500 t /a) ??焖俜磻簯B擴鏈劑 E-100 的主要生產企業 有汕頭市海量新材料有限公司( 1 500 t /a)、濮陽市 鼎泰化工有限公司( 2 000 t /a) 、三門峽市天聚化工 有限公司、樂陵創利科技有限公司( 1 000 t /a) 、山東 煜興新材料有限公司( 1 500 t /a) 和淄博方良有限公 司( 1 000 t /a) 。液態擴鏈劑 E-300 的主要生產企業 有山東煜興新材料有限公司( 1 500 t /a) 、內蒙古雅 布賴興亞化工有限公司( 1 000 t /a) 和南京晶云化工 有限公司( 500 t /a) 等。特種芳香族二胺擴鏈劑龍 頭企業蘇州湘園新材料公司的4,4'-亞甲基-雙( 3- 氯-2,6-二乙基苯胺) ( MCDEA) 產能 2 000 t /a,含聚 醚鏈段的液態芳香族二胺擴鏈劑 XYlink P 系 列 4 000 t /a,4,4'-亞甲基雙( 2-乙基)苯胺( MOEA) 產 能 2 000 t /a,化學結構與 MOCA 相近的液態擴鏈劑 ML-200 和ML-400 產能各 1 500 t /a。萬華化學集團 的液態芳香族二胺擴鏈劑 Wanalink 6200產能不詳。 近幾年,隨著市場應用的擴大,E-100、E-300 以及 Wanalink 6200 的產能產量也逐漸提高。芳香族二醇高性能擴鏈劑中,蘇州湘園的對苯 二酚二羥乙基醚( HQEE) 產能 3 500 t/a,間苯二酚 雙( 羥乙基) 醚( HER) 產能 1 500 t /a,煙臺市裕盛化 工有限公司等也有生產。目前,我國現有企業芳香族聚氨酯擴鏈劑系列 產品生產能力約在 5 萬 t /a 以上,其中MOCA 約 2. 8 萬 t /a,E-100 約 1 萬 t /a、E-300 約 0. 5 萬 t /a、HQEE 約 0.5 萬 t /a,從生產數量估算,我國是世界上最大 的聚氨酯擴鏈劑生產國和使用國。然而,近幾年受 環保督察、經濟形勢以及設備條件的限制,國內企業 的實際產量遠低于設計產能。3. 2 TPU 的市場情況表 5 為 2010~2018 年我國 TPU 消費變化情況。由表 5 可知,2010 年我國 TPU 消費量為 15. 4 萬 t。到 2018 年,我國 TPU 消費量為 43. 6 萬 t,TPU 消費增長率約為 14%。2018 年全國范圍內 TPU 產能預估約 80 萬 t,隨 著在消防、薄膜等領域的快速增長,國內 TPU 的產 能還在繼續擴大。目前國內生產 TPU 的廠家約有 100 多家,產品在穩定性和中高端產品覆蓋面與國 外公司產品相比有一定差距。其原因一是由于在中 高端產品不具備技術優勢,二是設備采用國產裝置 造成精密度不夠,三是國產原料穩定性較欠缺。外資企業路博潤公司和亨斯邁公司產能有 2 萬 ~3 萬 t /a,以中高端產品為主,設備全部進口。國內 企業 TPU 產能在萬噸級別的有萬華化學集團股份 有限公司、華峰熱塑性聚氨酯有限公司、山東一諾威 聚氨酯股份有限公司、美瑞新材料股份有限公司、蘇 州奧斯汀新材料科技有限公司、上海金湯塑膠科技 有限公司等。其中,萬華化學產能約 12萬 t /a,設備 以德國進口為主; 華峰集團 TPU 產能 14 萬 t /a,90% 以上采用進口設備生產; 山東一諾威產能 8 萬 t /a, 主要采用進口設備,產品以中低端為主,價格比較有 優勢; 蘇州奧斯汀產能為 1. 2 萬 t /a,設備以進口為 主; 美瑞新材產能 3萬 t /a,設備國產為主,在特殊 TPU 領域具有優勢; 上海金湯科技規劃產能 2 萬 t,設備以國產為主,在 TPU 熱熔膠領域具有優勢。3. 3 MPU 的市場情況MPU 是通過分子結構設計,在聚氨酯分子鏈結 構中引入采用硫磺、過氧化物等進行交聯固化的基 團,通過傳統橡膠硫化工藝制備的聚氨酯彈性體。 早期國內主要有南京橡膠廠(金三力公司) 和山西 省化工研究所開展了相關研發和小規模生產。由于 與 CPU 和 TPU相比,MPU 生產和性能優勢不明顯, 因而市場占有率較小,但某些領域仍需使用MPU。國內廣州順力聚氨酯科技有限公司采用全新的 合成工藝,于 2017 年初建成了一套 7000 t /a 的 MPU 生產線,產品包括聚酯、聚醚、聚己內酯的飽和 型以及不飽和型,期望在耐磨膠輥、膠輪、膠管、膠 帶、密封和鞋材等方面開拓新的應用。國外主要有德國萊茵化學公司的 400~500 t /a, 美國 TSE 公司的 1 500~2 000 t/a 規模的產能,主要 應用于耐磨膠輥輪、密封墊片、膠帶和鞋材等方面。3. 4 聚氨酯防水鋪裝材料及其他品種的市場情況表 6 為 2010 ~ 2018 年我國聚氨酯防水材料和輔裝材料及其他品種的市場消費情況。由表 6 可知,2010 年我國聚氨酯防水材料和鋪 裝材料及其他品種消費量為 18. 2 萬t,2018 年消費 量為 36. 7 萬 t。2010 ~ 2015 年市場消費增速較快, 自 2016 年下半年后受“毒”跑道事件影響,一定程 度上遏止了聚氨酯鋪裝材料的發展。隨著 2018年 新國標的制定與發布,情況已得到改善。大家對塑 膠產品的優劣有了比較明確的判定依據,國內市場 聚氨酯鋪裝材料產品品質愈來愈高,鋪設的場地類 型除常規的環?;旌闲退苣z跑道、全塑型塑膠跑道 和透氣型塑膠跑道之外,自結紋塑膠跑道、水性塑膠 跑道、發泡 TPU( ETPU) 塑膠跑道和半預制型跑道 等也已經成為鋪設的一種趨勢。施工過程無溶劑加 入,材料不含鄰苯類增塑劑、苯并芘、多環芳烴等有 害物質,施工氣味低,施工完畢后短期即可交付使 用,有效保證了該產業良性發展。聚氨酯鋪裝材料生產廠主要集中在北京、河北、 山東、江蘇、上海、浙江、廣東等區域,包括山東一諾 威聚氨酯股份有限公司、青島神鹿塑膠鋪裝有限公 司、山東東海塑膠有限公司、北京藍星科技有限公 司、北京新世紀納米塑膠材料有限公司等。4 聚氨酯彈性體在未來新興領域的應用展望[5-6]4. 1 生物醫學在未來新興領域應用方面,生物醫學是聚氨酯 彈性體潛在的重要應用領域。聚氨酯彈性體通過選 擇適當的軟、硬段結構及比例,可以合成具有良好物 理機械性能的醫用心臟架橋、縫線、避孕套等材料, 其耐磨性、韌性及生物相容性好,在體內降解周期 短。相比其他的高分子材料,聚氨酯彈性材料更適 合被制作成為組織工程中的支架或用于人體器官的 制造,如人工心臟及心臟輔助裝置。TPU 由于具有優異的機械性能、耐久性、耐油 性和耐化學性,在醫療行業的高級保健產品中前景廣闊。這是因為 TPU 可以不含增塑劑,它為醫療行 業提供了更為環保的替代品,且仍能保留其高彈性 和高靈活性。此類 TPU 產品在美國國家衛生基金 會( NSF) 標準 61 列表中、美國食品和藥物管理局 ( FDA) 21 CFR 177. 1680( 對某些接觸食品的材料) 列表中以及美國藥典委員會( USP) Class VI 分類中 都有收錄,說明了聚氨酯彈性體材料在對食物、水的 接觸中和醫療中的安全性。美國化工協會也發布了 聚氨酯彈性材料在食品藥品接觸類應用的指導意 見,對該材料在醫療領域的應用給出了標準,拓寬了 聚氨酯彈性體材料在未來的應用前景。4. 2 交通運輸行業隨著我國高鐵、地鐵、城市軌道交通等基礎設施 建設,聚氨酯彈性體的消費量正在迅速增加。國家 《綜合交通網中長期發展規劃》指出,到 2020 年全 國鐵路營運里程達到 12萬 km 以上,其中運行速度 在 200 km /h 以上的客運專線在 1. 6 萬 km 以上[7]。為適應高速列車的提速要求,開發聚氨酯枕木以取 代或部分取代混凝土枕木是未來的發展趨勢。其他 品種聚氨酯彈性體在交通運輸行業的用量也會相當 可觀,如高速鐵路用減震墊板、嵌縫膠等。同時,隨著聚氨酯材料在鐵路工程中大量應用, 其服役結束后如何回收和高效利用也是一個挑戰。4. 3 其他行業關注點聚氨酯彈性體行業今后關注點包括如下幾個方 向: TPU 生產上一方面考慮技術升級,另一方面要 解決和改善一些析出、耐黃更持久等性能問題; 加強 CPU、防水鋪裝材料等的結構調整,提升其工藝技術 水平,提高產業集中度; 加強 TPU、氨綸等新技術開 發,擴大高端產品市場占有率; 進一步擴大在風能發 電、太陽能光伏等新興產業中的應用規模;淘汰低水平聚氨酯彈性體用擴鏈劑的生產裝置,鼓勵擴大高 品質擴鏈劑生產規模,提升產業集中度,加大擴鏈劑 如 MOCA、MCDEA、DETDA、HER 和 HQEE 等產品 的推廣應用;開發高性能 TPU 生產技術,填補我國 高端及高耐熱緩沖材料空白。5 結束語國內聚氨酯產業將進入高速、高效、高質、布局 合理、綠色環保、低碳規?;陌l展期,就聚氨酯彈 性體而言,首先要做到提高品質穩定,加大新品種聚 氨酯彈性體產品的研發力度,增強其市場適應性。 另外,聚氨酯彈性體產品要向精細化、功能化、高性 能化發展,并進一步擴大應用領域; 同時聚氨酯彈性 體需加強安全、環保生產技術的研發,做好環境友好 型產品替代工作。

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