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熱塑性聚氨酯彈性體技術與市場發展近況

文章來源:TPE廠家人氣:3806發表時間:2016-03-21 14:27:24

一、概述

熱塑性彈性體(TPE)是一種介于橡膠和熱塑性塑料特性的高分子材料,具有橡膠和塑料的雙重性和寬廣的應用特性。目前TPE消費結構中,主要品種是苯乙烯類(TPS)、烯烴類(TPO)和聚氨酯類(TPU)。TPE消費量已達到220萬t左右,我國已達到42萬t左右,我國已成為TPE需求增長快的國家之一。

TPU(熱塑性聚氨酯彈性體)是由異氰酸酯(固化劑)、聚醚(或聚酯)大分子多元醇(構成軟段主鏈結構)與小分子多元醇(或胺)為擴鏈劑(構成硬段結構)為主要成分構成的嵌段共聚體。采用不同品種原料固化劑、多元醇和擴鏈劑可合成出品種多樣、性能各異、加工多種、用途廣泛的各種TPU制品。TPU可制成高模量的特種塑料,也可制成高彈性的橡膠,可制成薄膜、也可制成纖維,這是目前TPE中能做到的一個品種。

TPU具有高強度、高彈性、高耐磨性和高屈撓性等優良機械性能,又具有耐油、耐溶劑和耐一般化學品的性能。由此決定了TPU具有多用途的特性。

近年來在范圍內掀起了一股TPU熱,其中引為注目的事件:

(1)美國路博潤(LUBRIZOL)公司收購美國諾譽(NOVEN)公司。諾譽是知名的TPU制造商,尤其在TPU高檔產品如:醫療、薄膜、氨綸和特種管材等方面,在占有10億美元TPU潛在市場優勢。路博潤公司以18.4億美元收購諾譽后,在美國股市引起強烈反應,美國華爾街對此成功收購給予了很高評價,收購后路博潤股票一路攀升從25美元飛漲到64美元。

(2)德國拜耳(Bayer)公司收購臺灣優得公司

臺灣優得(Ure-Tech Co.)公司是中國臺灣知名的TPU制造商,在中國大陸占有較大的TPU市場份額。2005年臺灣優得TPU產品銷售額為0.55億美元。德國Bayer是知名的聚氨酯原料和產品大型跨國公司,其中TPU產品也是該公司強項,2005年BayerTPU產品銷售額為1.92億歐元。Bayer并購優得后,在亞太地區TPU市場將大大加強。

(3)國外跨國公司在大陸掀起TPU投資熱

美國諾譽已在上海松江建成了年產5000噸TPU生產線。(一期)主要用于生產TPU薄膜等高檔產品,二期將擴大到1萬t/a。

德國BASF在上海浦東已建成年產5000t生產線,主要用于提供國內生產熔紡氨綸用TPU切片。

(4)我國本土TPU掀起產能擴大熱

煙臺萬華聚氨酯股份有限公司目前TPU產能已達到2萬t/a,是目前國內大的TPU生產企業。河北保定已建成年產1萬t/aTPU生產線。福建晉江已建成年產7000t/a生產線。江蘇南通擬建萬噸級TPU生產線。上海聯景已擴產成6000t/a生產線。

臺灣三晃、高鼎、日勝等臺資企業,也紛紛在中國大陸擴建TPU生產線。目前國內TPU已形成大陸產品、臺灣省產品、歐美產品三足鼎立的局面。

我國TPU的快速發展已成為TPE和PUE(聚氨酯彈性體)的一個亮點。2006年TPU消費量為26.5萬t左右。其中美國6萬t、西歐8萬t、日本1.5萬t、中國大陸11萬t。中國大陸TPU消費量已接近消費量的一半。

2006年我國TPU主要消費領域:其中鞋材4.24萬t、膠粘劑1.6萬t、管材1.5萬t、薄膜1萬t、合成革0.78萬t、熔紡氨綸0.4萬t、工業用輪0.42萬t、電纜0.36萬t、其它0.5萬t。目前中國大陸TPU產能已達到12萬t/a,中國臺灣TPU產能已達到4萬t/a。中國已是TPU大制造和消費中心。

二、TPU主要應用領域

1、TPU鞋材:TPU鞋材占到目前國內TPU市場份額的40%左右。PU鞋材優點是:輕便、舒適、彈性好、品種變化多、加工方便、又可回收是PU鞋材的發展方向。包括運動鞋、登山鞋、滑雪鞋、高爾夫球鞋、野戰鞋、溜冰鞋、鞋飾片、氣墊、鞋底充氣墊或充液墊,后跟底和鞋大底、透明鞋幫、標牌等。

我國鞋材制造商主要集中在廣東、福建和浙江。廣州、晉江、溫州、成都是目前國內四大鞋都。

2、TPU管材:TPU管材占到目前國內TPU下游市場20%左右。其中TPU軟管是主要產品形式。TPU軟管具有彈性好、耐磨損、耐油、柔軟、耐老化等性能。TPU軟管根據其不同用途可做成低壓軟管和鋼絲或纖維增強的高壓軟管。如輸水管、輸氣管、輸油管、空壓管等,TPU軟管可廣泛應用于汽車、摩托車、工程機械、石化設備、液壓設備、氣動設備、電纜護套、儀器儀表、食品設備、飛機、坦克等領域。

TPU管材也可做成多種用途和多種規格的棒材。

3、TPU薄膜:TPU薄膜具有其它塑料和橡膠無法比擬的高強度、高韌性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、環保無毒、可降解等優良特性;又具有防水透濕、防風、防寒、抗菌、抗紫外線等優異性能,可應用在眾多工業和民用領域。是一種綠色薄膜,是取代PVC薄膜的理想替代品。

表(一)TPU薄膜與其它聚合物材料性能比較


由表(一)可知:TPU薄膜綜合性能,明顯優于一般通用塑料和橡膠制作的薄膜。    

主要應用領域:

(1)鞋材:TPU薄膜與多種面料復合,做成具有防水透氣功能的鞋面面料,也可做成裝飾面料。此種薄膜一般采用流涎設備制造。

(2)服裝:TPU薄膜與多種面料復合,可做成具有高彈性、高強度、又有防水透濕功能的多種復合面料。廣泛應用于做休閑服、防曬服、內衣、雨衣、風衣、T恤、運動服等面料。TPU薄膜與滌綸、針織布復合,可做成具有抗病毒、透濕、抑菌、柔軟功能的生物防護服,在醫院具有廣泛的應用價值。此種薄膜一般也采用流涎法制造。

(3)工業領域:TPU薄膜用于防火、隔熱、隔音材料。裝璜包裝、食品包裝;椅套、氣球廣告等;防水貼條、壓縮封墊、傳動皮帶、絕緣板等。

(4)夾層安全玻璃:TPU取代傳統PVB作為安全玻璃的中間層,廣泛應用于高層建筑玻璃幕墻和汽車用安全玻璃。

(5)其它:醫療輸血袋,取代目前具有毒性的PVC輸血袋。女人文胸吊帶;銀行芯片等。    

目前國內TPU薄膜市場年消費量1萬t左右,高檔用途TPU薄膜以進口為主。

4、TPU密封復合材料:TPU密封復合材料主要用途制作充氣囊體。充氣囊體已廣泛用于國防軍工和民用領域,此種材料是由TPU與纖維織物復合而成。該材料比普通橡膠和PVC具有無可比擬的抗拉強度。優良的機械性能如:抗撕裂強度、耐磨和耐低溫屈撓性能。還具有良好的耐油、耐老化性能,是一種環保型材料。

表(二)TPU復合材料與其它橡膠復合材料性能比較


由表(二)可知:TPU密封復合材料綜合性能明顯優于其它橡膠

TPU密封復合材料的主要應用領域:(1)充氣床墊和醫療褥瘡床墊。(2)按摩椅囊體材料:該領域此種材料應用已遍及。(3)海上作業用橡皮船和充氣艇囊體材料:該領域已逐步取代PVC和氯丁橡膠。(4)起重氣囊材料:TPU材料的抗拉強度為橡膠材料的3倍左右;耐磨是橡膠的3-10倍,所以用此種材料做的起重氣囊,可承受更高的重量和壓力,具有很大的實用價值。(5)軍用和民用飛艇囊體材料:選擇高性能TPU組成的囊體材料,對飛艇的性能和生命力具有十分重要作用。

TPU密封復合材料還可做成防水、透濕面料服裝,軟體儲運容器材料,工業防護服裝和工業運輸皮帶等。

TPU密封復合材料,在國內一些領域已得到應用。在軍用領域有較大的發展前途。

5、其它:(1)滾輪:包括工業用滾輪、電梯輪、家用滾輪、運動器材輪、醫療器材輪、玩具輪等(2)合成革:包括TPU鞋革、球革、太空革、服裝革和箱包革等(3)工業用品:包括膠粘劑、密封件、裝飾條、印刷絲網、編織篩板、傳送帶等(4)電纜:包括電力電纜、通訊電纜、海底和石油勘探電纜、護套、光導纖維內外護套等(5)商標、動物標簽等。

三、TPU發展前景

1、TPU在我國汽車工業上應用

汽車工業是TPU未來重要發展領域。TPU可用于汽車車體中多種構件。利用TPU的減震性、韌性、耐磨性可制成軸襯、軸瓦、軸套、減震器和減震墊等。利用TPU的彈性、彎曲性、耐疲勞、耐油脂可制成管類和護套類,如輸油管、電纜絕緣外套、傳動皮帶和薄壁油箱。利用其密封功能,抗切割性可制成墊圈、墊板、墊片和安全玻璃。利用其尺寸穩定、沖擊強度高和良好的涂層特性,可制成保險杠、儀表板、門板和安全氣囊。

目前TPU在我國汽車工業上應用,年消耗量1萬t左右。我國到2010年汽車產量達到1000萬輛,保有車達到5000萬輛。到2010年我國汽車工業對TPU年需求量大致3-4萬t。隨

著汽車工業向輕量化、節能化、舒適化和安全化方向發展,TPU在汽車上作用將越來越大,應用前景越來越寬廣。

2、TPU在輕紡工業上應用

TPU在輕紡工業上用途很廣,除用作鞋材、合成革和TPU薄膜復合面料外,TPU切片用于制造氨綸化纖是一個重要應用領域。氨綸(萊卡)是一種彈性纖維,和棉、毛、腈綸、滌綸等混紡成紗線,可制成緊身衣、運動衣、內衣、毛衣、彈力褲料、襪類等彈性衣料,是目前國內外已流行的一種高檔化纖材料。國際上制造氨綸工藝主要兩種:干法和熔紡法,熔紡法比干法具有不含有毒溶劑,制造成本低等優勢,是氨綸的未來發展方向。TPU切片是制造熔紡氨綸的基礎原料,目前國內TPU切片基本上由德國BASF公司壟斷,價格昂貴,售價5萬元/t。隨著我國TPU技術不斷發展和完善,TPU切片國產化必將得到實現。預計未來幾年,我國TPU切片市場需求將達到5萬t/a。據悉國內正在掀起一股TPU切片和熔紡氨綸投資熱。(目前20D熔紡氨綸絲售價12萬元/t)由此將推動我國紡織化纖工業的快速發展。

3、TPU在醫療器件行業上應用

TPU材料與人體組織有良好的生物相容性和血液相容性。(優良的抗凝血性能)以及TPU還具有以下特性和優勢:(1)卓越的透明度(適于觀察)(2)的抗霉性、抗真菌性及抗藻性(3)低萃取性(優于PVC)(4)無過敏反應(5)可進行射線、環氧乙烷及干熱消毒。因此TPU已作為一種優良的醫用材料。按其用途可做成:人工心臟瓣、人工肺、人工皮膚、心臟起博器、氣管、插管、導液管、導尿管、介入導管、連通管、旋塞閥、抗穿刺薄膜、骨科矯形器、繃帶、腹帶等。目前國際上醫療級TPU售價10萬元-20萬元/t。TPU在醫療器件應用上前景十分廣闊。

4、TPU在輪胎工業上應用

傳統橡膠輪胎生產過程十分復雜,設備投資也大,生產過程又長。近來美國一家公司生產TPU輪胎完全取消了傳統工藝,采用旋轉注塑工藝,聲稱3分鐘就可以生產一個新輪胎。若建100萬個/a輪胎生產線投資需500萬美元,比傳統工藝投資節省,此種輪胎工藝生產效率大大提高,由此成本將會降低。此種工藝一旦技術成熟,實現了工業化生產,將是輪胎工業上一場革命。TPU還可用于制造翻新輪胎。

5、TPU新材料與新技術

近年來國內外對TPU共混技術的研究十分活躍,即在TPU中摻雜與之相容的廉價塑料,從而達到降低成本,改善特殊要求性能目的。也可將TPU作為一種彈性體聚合物改良劑,從而獲得綜合性能優良的共混物。

(1)TPU/PVC合金

TPU/PVC合金可明顯提高PVC伸長率(可代替有毒性的DOP增塑劑)擴大了PVC應用領域。近來報導反應性共混技術制備TPU/PVC合金。首先將PVC溶解在制備TPU的原料二元醇中,隨后加入異氰酸酯進行原位聚合,形成TPU/PVC合金,性能優于一般的TPU/PVC共混合金。

(2)TPU/POM(聚甲醛)合金

TPU/POM合金,可明顯改善POM缺口沖擊強度,從而擴大了POM的應用領域。

(3)TPU/PC(聚碳酸酯)合金

TPU/PC共混合金可改善PC的韌性、應力開裂性、缺口敏感性、耐溶劑、耐化學品性;同時可降低PC的成型加工溫度。擴大了PC的應用領域。

(4)TPU/ABS合金

采用TPU/ABS合金可改善ABS的沖擊強度與耐磨性。美國DOW氐公司采用TPU/ABS合金用于汽車保險杠和紡機配件。

(5)TPU/PBT合金

TPU/PBT合金可明顯改善PBT的拉伸屈服強度和缺口沖擊強度。

(6)TPU/TPO合金

日本本田汽車公司已成功地開發成TPU/TPO合金材料,從而改善了TPO的耐磨和抗撕裂性能,已成功地用于汽車底板。

(7)IPN-TPU新技術

在TPU加工成型過程中加入某種反應性成分,在熱塑成型之后,通過后熟化產生局部交聯,形成TPU互穿網絡聚合物(IPN-TPU)從而達到提高TPU某些特殊要求性能。

四、結論

1、正掀起一股TPU并購熱和在中國大陸投資熱。目前國內TPU已形成大陸產品、臺灣省產品、歐美產品三足鼎立的局面。

2、國內TPU產能12萬t/a左右,消費量11萬t/a左右,中國大陸是TPU大的制造和消費中心。

3、國內TPU主要消費領域:鞋材、管材、膠粘劑、薄膜、工業滾輪、熔紡氨綸、合成革和電纜等。

4、汽車工業、輕紡工業(熔紡氨綸、TPU密封復合材料等)、醫療行業、輪胎工業是TPU未來生果發展方向。

5、TPU與塑料、橡膠和其它彈性體構成的合金,將是降低TPU成本、改善合金性能、擴大應用領域一條行之有效的技術途徑,值得加強開發。

6、TPU合金原位聚合和互穿網絡(IPN-TPU)新技術對提高TPU性能、擴大用途具有較大實用價值,值得探索研究。
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