聚氨酯弹性体最新发展动态



宫涛
山西省化工院副院长，中国聚氨酯工业协会副理事长，聚氨酯弹性体专业委员会主任，《聚氨酯及其弹性体》主编。
专家讲座--文章
聚氨酯弹性体最新发展动态 摘  要  本文简要描述了最近几年国内外聚氨酯弹性体的消费情况以及新原料、新技术、新设备、新工艺、新应用领域等方面的发展进展。 关键词  聚氨酯  弹性体 美国、西欧、中国和其它一些亚洲国家在最近几年是聚氨酯弹性体PUE主要生产和消费地区。2005年，全球共消费PUE约为162.7万吨，其中热固性PUE占76%，热塑性PUE占24%。 表1  2005年全球PUE消费情况（单位：千吨） 地区	热固性PUE				总计	热塑性PUE	总计
	RIM产品	微孔材料	浇注型CPU	混炼型及其他MPU		TPU
北美地区
美国	75a	15.3	84.2	0.5	175	63	238
加拿大	5.9	—	15.8	—	21.7	3.3	25
墨西哥	2.8	—	144	—	17.2	0.8	18
中、南美洲地区	13	—	47	—	60	5	65
西欧	31	142	79	21	273	78	351
中、东欧	—	—	—	—	37	8	45
中东和非洲	—	—	—	—	100	15	115
亚洲地区
中国	—	—	—	—	315	115	430
日本	1.3	5.4	4.9	0.5	12.1	16.2	28.3
韩国	—	—	—	—	49	16	65
	—	—	—	—	93	42	135
其它亚洲国家	—	—	—	—	80	20	100
大洋州	—	—	—	—	10	2	12
总计					1243	384.3	1627.3

表中：美国75千吨的RIM产品中包括RIM微孔材料

加拿大15.8千吨的CPU中包括大约2.8千吨的微孔材料

墨西哥14.4千吨的CPU中包括大约8.6千吨的微孔材料

西欧31千吨的RIM材料包括固体RIM和RRIM产品

西欧21千吨的MPU及其它包括20千吨的PU弹性涂料和1千吨的MPU

2005年中国消费量占全球总量约26%，西欧为22%，美国为15%，美国的浇注型PUE所占比例最大，日本主要以TPU为主。

聚氨酯弹性体市场主要以能够供应原材料的大公司为主体，Bayer是全球弹性体的引导者，除MPU外，其它三大类产品都有涉及。

表2  2005年主要的聚氨酯弹性体生产商、所在地区和产品领域

公司名称	微孔材料			浇注型CPU			热塑型TPU
	美国	西欧	中国/日本	美国	西欧	中国/日本	美国	西欧	中国/ 日本
Air products and chemicals				×
BASF	×	×	×		×		×	×	×
Bayer Material Science	×	×		×	×		×	×	×
Chemtura		×		×	×
C.O.I.M		×						×
Dainippon Ink and Chemicals			×			×			×
DIC Bayer									×
Dow	×		×			×		×	×
Elastogran(BASF)		×			×			×
Huntsman	×	×					×	×
Hyperlast		×						×
Mitsui chemicals polyurethane			×			×
Nippon polyurethane			×			×			×
Noveon						×		×	×在中国
Jinling Bayer PU									×在中国

表中中国/日本，除表明在中国外，其它均在日本。

预测到2010年，美国PUE的年增长率为3.1%，欧为2.2%，日本也为2.2%。

表3  2005-2010年世界主要地区PUE年增长率（%）

地区	热固型	热塑型	总计
北美地区	2.8	4.2	3.1
美国	2.7	4.2	3.1
加拿大	2.5	2.9	2.6
墨西哥	4.6	4.6	4.6
中南美洲	3.9	4.7	4.0
西欧	1.8	3.6	2.2
中东欧	4.2	5.6	4.5
中东和非洲	3.5	4.8	3.7
亚洲	3.2	6.6	4.2
日本	0.3	3.6	2.2
中国	3.5	8.1	4.9
全球	2.9	5.4	3.5

浇注型PUE的发展速度与GDP发展速度将相一致，日本将低于1%的增长速度。RIM和微孔泡沫材料年增长率预测美国为2.4%，西欧为1.1%，日本基本不增长。TPU在2005-2010年中年增长率预测为美国4.2%，西欧3.6%，日本也为3.6%，相对来讲TPU增长速度最快。

表4  聚氨酯弹性体历史数据和发展预测（千吨）

热固型	1993			总计	2001			总计	2005			总计	2010			总计
	美国	西欧	日 本		美国	西欧	日 本		美 国	西欧	日 本		美 国	西欧	日 本
微孔材料
RIM	69	21	20	110	73	30	2	105	75	31	1.3	107	81.5	33	1.1	115.6
非RIM	7	130	10.5	148	13	165	5.7	184	15.3	142	5.4	163	20	150	5.6	175.6
浇注型PUE	55	52	4	111	83	70	3.9	158	84.2	79	4.9	168	97	92	5.1	194.1
混炼型PUE	<1	10a	0.4	11	<1	16a	0.4	16	0.5	21a	0.5	22	1	24a	0.5	25.5
总计	132	213	35	380	169	281	12.0	462	175	273	12.1	460	199.5	299	12.3	510.8
热塑性PUE
TPU	34	43	10	87	44	65	12.3	122	63	78	16.2	157	77.5	93	19.3	1.3
总计	166	256	45	467	213	346	24.3	584	238	351	28.3	617	277	392	31.6	700.6

表中a表示大约1千吨的MPU，其余为聚氨酯弹性涂料。

表5  美国主要浇注型预聚体生产商

公司名称、厂址	商   标
Air products and chemicals， Inc. Paulsboro, NJ	Airthane®;Versathane®
Anderson Development company. Adrian, MI	Andur
Bayer Materialscience. New Martinsville, WV	Baytec®;Desmoflex®;Vulkollan®
Chemtura Corporation. Gastonia, NC	Adiprene®;Vibrathane®
Cytec Industries Inc. Olean, NY	Conathane®
The Dow Chemical Company. Marietta, GA	Vorstar®
Polyurethane Specialties Company, Inc. Lyndhurst, NJ	Milloxane®

除此之外，还有ARNCO，Carpenter，GasChem，Loctite，MarChem，BayOne Smooth-on，Synair and T.A.Davies等公司生产。

Chemtura被认为是最大的浇注型生产商。在美国大约有几百家公司生产CPU制品。美国TSE公司是最大的混炼型MPU的生产企业，商标为Millathane。在2002年3月，TSE购买了原Crompton公司两条MPU生产线（Vibrathane 和 Adiprene部分）。

表6  美国主要的TPU生产商

公司名称、地址	年生产能力（千吨）	商标
BASF corporation Wyandotte，MI	20	Elastollan®
Bayer Materialscience New Martinsville, WV	7	Desmopan® Desmoflex® Texin® TPU
The Dow chemical company La Porte, TX	25	Pellethane®
Huntsman LLC Ringwood, IL	5	Irogran® Irostic® Irocoat® Krystalgran®
Noveon, Inc Avon lake, OH	34	Estaloc® (增强) Estane
总计	91

表7  美国聚氨酯弹性体历年消耗量

年份	RIM产品	浇注型产品	热塑性产品	总计
1985	52.2	39.5	19.1	110.7
1990	75.3	54.0	23.1	152.4
1991	73.0	50.3	26.3	149.7
1992	68.5	62.1	29.5	160.1
1993	68.5	62.6	34.0	165.1
1994	.4	68.0	39.0	171.5
1995	65.3	73.0	44.9	183.3
1996	66.2	71.7	45.4	183.3
1997	69.0	83.0	48.1	200.1
1998	72.0	93.9	46.7	212.6
1999	76.7	96.6	47.6	220.9
2000	76.2	100.2	48.5	225.0
2001	73.0	96.2	44.0	213.1
2002	76.7	103.0	44.9	224.6
2003	74.7	94.0	51.0	219.4
2004	75.3	97.7	59.9	232.9
2005	75.0	100.0	63.0	238.0
2010	81.5	118.0	77.5	277.0

表中浇注型产品中包括非RIM方法制造的微孔材料和喷涂聚氨酯弹性体。

在2005年美国浇注型产品在所有的聚氨酯弹性体中占42%，RIM为32%，TPU为26%。

1994-2000年美国的PUE消耗年增加率为4.6%，2001年下降5%左右，目前增长率被轮、汽车、电器、密封等市场因素影响。

表8  2005年美国浇注型PU消费分布（千吨）

冷硫化体系	46
热硫化体系	25.5
非RIM微孔材料	15.3
喷涂	13.2
混炼胶	0.5
总计	100

表9  美国CPU消费分布（千吨）

年份	建筑		运 输	轮和轮胎			机械			电 器		鞋 底 料	其 它	总 计
	隔 热	铺装 材料		工业 用轮	滑冰 用轮		搅拌混 合器械	机械 产品
1996	13.2		13.2	12.2			10.9			10.0		9.5	2.7	71.7
1998	11.3	5.4	18.1	11.3		4.5	13.6			13.6		11.3	4.5	93.9
2000	13.6	6.4	18.6	11.3		5.4	10.0		4.5	12.2		12.7	5.4	100.2
2001	13.2	5.9	18.1	10.9		5.4	9.5		4.1	11.8		12.2	5.0	96.2
2002	14.1	6.4	18.6	11.8		5.9	9.5		4.5	12.7		12.7	6.8	103.0
2004	15.0	6.4	20.0	12.7		4.5	15.2			13.2		5.4	5.4	97.7
2005	15.6	6.5	20.6	13.0		4.4	15.6			13.5		5.2	5.6	100.0
2010	18.8	7.5	25.2	15.7		4.9	18.2			16.2		4.6	6.9	118.0
2005-2010年平均增长率（%）
	3.8	2.9	4.1	3.8		2.2	3.1			-2.4	3.7		4.3	3.4

浇注型PUE最大的市场是建筑和运输领域，增长速度较快的是工业辊轮、运输和电器产品。2005年美国浇注型PUE消耗为100千吨。2005-2010之内预测增长速度为3.4%，到2010年达到118千吨，主要增长出现在新产品和对现有产品的改进方面。主要新的原材料为低单乙醇聚丙二醇、聚丁二醇和PPDI。建筑方面主要为双层玻璃用隔热密封胶和铺装材料。

2005年美国用于隔热密封胶约为15.6千吨，用于铺装材料约为6.5千吨。2005-2010年之内，上述用途大约增长速度分别为3.8%和2.9%。

运输方面主要用于慢速轮胎和叉车胎等，以及连续化生产旱冰轮等。2005年美国用于工业轮辊约为13千吨，旱冰轮约为4.4千吨。

机械方面：2005年美国约15.6千吨用于生产辊和辊的包覆层。典型的用途是钢铁公司使用的冷轧胶辊、印刷胶辊、造纸和纺织用胶辊。

油气工业中主要用于旋液分离器、密封制品等。

2005年机械用CPUE约为15.6千吨，2010年预计用18.2千吨。

2005年电器方面用CPUE约为13.5千吨，2010年预计用16.2千吨。

鞋用材料PUE2000年达到最大量12.7千吨，2005年为5.2千吨，2010年约为4.6千吨，主要原因是向劳动力成本低的国家转移。

TPU于20世纪六十年代开始工业化。

表10  美国TPU消耗情况（千吨）

	工业用途		运输用途		薄膜	医用
	电器产品	非电器产品	汽车	非汽车
1996 1998 2000 2001 2002 2004 2005 2010	2.7 3.2 3.6 3.2 2.3 5.0 5.5 7.0	13.2 10.0 13.1 11.8 9.1 12.2 12.4 14.0	9.1 9.5 10.9 9.5 10.4 12.7 13.5 17.0	1.8 2.3 1.8 1.8 1.4 2.7 2.9 3.7	— — — — 7.3 10.0 10.6 13.3	1.4 2.3 1.4 1.8 1.4 3.2 3.5 5.1
预测2005-2010年年平均增长率	4.9%	2.5%	4.7%	5.0%	4.6%	7.8%

表11  美国2005年TPU消费分布（千吨）

挤出

注射

粘合剂

涂料

合计	35 22 3.6 2.4 63

表12  美国聚氨酯弹性体进出口情况（千吨）

	进口	出口	净出口
1990	3.1	—	—
1991	3.0	10.7	7.7
1992	2.9	11.2	8.3
1993	3.6	9.6	6.0
1994	8.8	10.8	2.0
1995	7.6	11.8	4.2
1996	7.0	14.0	6.9
1997	6.6	18.8	12.2
1998	6.0	17.7	11.7
1999	6.1	14.9	8.8
2000	8.4	17.0	8.6
2001	9.4	17.4	8.0
2002	14.0	19.1	5.2
2003	14.8	21.7	6.9
2004	17.5	23.6	6.1
2005	16.3	29.3	13.0

表13  美国聚氨酯弹性体主要进口国

	2002	2005
加拿大	2.44	1.90
法国	1.94	2.14
德国	4.81	3.55
西班牙	1.04	1.09
瑞士	2.16	2.11
英国	0.59	1.20
其它国家	1.00	4.33
总计	13.98	16.32

表14  美国聚氨酯弹性体主要出口国及数量（千吨）

	2002	2005
北美 墨西哥	5.02	10.44
中、南美洲	1.75	1.62
西欧地区	3.57	6.00
比利时	1.87	2.
德国	0.22	1.53
意大利	0.21	0.37
荷兰	0.29	0.36
英国	0.	0.39
其它西欧	0.34	0.70
中、东欧	0.00	0.03
中东和非洲	0.21	0.37
亚洲地区	7.56	9.60
	2.61	3.70
日本	1.65	1.81
韩国	1.11	1.19
新加坡	0.35	0.47
	1.32	1.37
其它	0.53	1.06
大洋州	1.00	1.29
总计	19.12	29.35

加拿大聚氨酯弹性体生产商很少，主要从美国依靠进口。

表15  加拿大聚氨酯弹性体消耗分布（千吨）

	浇注型	RIM	TPU	总计
1991	1.4	9.5	0.9	11.8
1994	4.5	6.4	5.0	15.9
1996	6.4	5.9	5.9	18.1
1998	6.8	5.4	6.4	18.6
2000	11.8	5.9	3.2	20.9
2001	11.2	5.6	2.9	19.7
2002	12.2	5.8	2.3	20.3
2004	14.1	5.9	3.2	24.5
2005	14.5	5.9	3.3	25.0
2010	17.1	6.1	3.8	28.4
平均增长速度（2005-2010）	3.4%	0.7%	2.9%	2.6%

墨西哥基本没有聚氨酯弹性体生产公司，PUE依靠进口。

表16  墨西哥聚氨酯弹性体消耗分布（千吨）

	浇注型	RIM	TPU	总计
2000	5.0	2.3	1.4	8.7
2002	8.0	2.2	1.5	11.7
2004	11.3	2.7	0.7	14.7
2005	11.9	2.8	0.8	15.5
2010	15.1	3.3	1.0	19.4
2005-2010年 增长率	3.3%	4.9%	4.6%	4.6%

表17  西欧聚氨酯弹性体产量（千吨）

	热固型	热塑性	总计
1988	230	54	284
1993	245	60	305
1997	2	70	333
2000	300	83	383
2001	302	85	387
2002	300		3
2003	298	93	391
2004	303	104	407
2005	300	110	410

表18  西欧聚氨酯弹性体消耗分布（千吨）

	微孔产品	浇注型	TPU	RIM/RRIM（固体）	MPU其它	总计
1988	121	47	37	19	8	232
1993	130	52	43	21	10	256
1997	150	55	52	23	12	292
2000	166	68	63	29	16	342
2001	165	70	65	30	16	346
2002	160	72	67	30	19	348
2003	153	73	69	31	19	345
2004	148	78	74	31	21	354
2005	142	79	78	31	21	351
2010	150	92	93	33	24	392
2002-2005年平均增长率	-3.9%	3.1%	5.2%	1.1%	3.4%	0.3%
2005-2010年平均增长率	1.0%	3.0%	3.6%	1.3%	2.7%	2.2%

表19  日本聚氨酯弹性体消耗分布（千吨）

	RIM产品	微孔材料	浇注型	混炼型	热塑型	总计
1995	12.0	5.0	4.8	0.4	11.5	33.7
1996	10.0	6.0	5.1	0.4	12.0	33.5
1997	8.0	7.0	5.4	0.4	13.0	33.8
1998	7.0	6.5	4.4	0.4	12.4	30.7
1999	7.0	6.0	4.5	0.4	12.2	30.1
2000	6.0	6.0	4.7	0.4	13.7	30.8
2001	2.0	5.7	3.9	0.4	12.3	24.3
2002	1.7	5.6	4.0	0.4	12.6	24.2
2003	1.6	5.5	4.3	0.4	13.8	25.6
2004	1.5	5.4	5.0	0.5	16.3	28.7
2005	1.3	5.4	4.9	0.5	16.2	28.3
2010	1.1	5.6	5.1	0.5	19.3	31.6
2005-2010年平均增长率	-3.3%	0.7%	0.8%	0.0%	3.6%	2.2%

表20  2005年亚洲一些国家和地区聚氨酯弹性体消耗（千吨）

	热固性	热塑性	总计
中国	315	115	430
地区	93	42	135
韩国	49	16	65
印度	12	3	15
其它	68	17	85
总计	537	193	730

 

   我国2005年防水涂料约消耗30千吨，铺装材料40千吨，鞋底涂液200千吨。浇注型聚氨酯弹性体约为30千吨，混炼型聚氨酯弹性体约为800吨。

    近年来国外在许多方面进行了研发，不断推出一些新的技术、产品和应用领域；随着我国的不断开放和与国际市场的接轨，通过和国外公司的合作、交流等研发力量逐步加强、仪器设备不断进步，在最近几年我国的聚氨酯弹性体工业发展速度非常迅猛，超过国际发展的平均水平。下面简要介绍一些典型的技术、产品、应用领域的发展。

山西省化工研究所新开发成功一种不变黄水晶透明的聚氨酯树脂，该树脂属双组分室温固化体系，黏度低、流动性好、容易脱泡、硬度高、韧性好、热变形温度高，适用于眼睛片、仿弹玻璃、商标铭牌和工艺品等。

聚氨酯介电性能的研究以前国内很少，一些资料主要以翻译国外资料为主，这几年东南大学对聚酯型聚氨酯弹性体的电致伸缩性能进行了研究，表明聚氨酯弹性体在外加高压电场的作用下，随着高压电源的开合，其应变也随之呈现出相应的收缩与回复，并且这一位移变化响应很快，位移稳定性优良，在微小位移调节器、压力测量仪器、连续可调激光器、双稳态光电器件、能量转换器、传感器、驱动器等的制造方面有较好的潜力。

聚氨酯弹性体强度高、耐磨性好，但其刚性、热稳定性及水解稳定性较差，为此进行了多种方法的改性，青岛大学化工学院利用纳米碳酸钙粒子制备聚氨酯/异氰脲酸酯弹性体，利用异氰脲酸酯键和脲键以及纳米技术来提高弹性体的性能。

美国轮胎公司Amerityre实物尺寸的聚氨酯弹性体备用胎两年前已经通过美国联邦汽车安全标准FMVSS129的测试，该公司用于小型和中型汽车的轮胎，Arnco公司推出自密封的聚氨酯轮胎；我国华工百川公司在这一领域也在前几年的基础上取得了突破性的进展，该公司产品聚氨酯包覆的小型载重轮胎今年计划建立年产20万套的生产线。一种新型的纳米聚氨酯免充气轮胎面世，其特点是在胎面和胎体内设置有耐压耐热管及紧固绳，轮胎两侧还可根据设置多个通气孔；胎面和胎体是由2种不同配方的聚氨酯纳米复合材料分两次浇注离心制成。

河北新华胶辊有限公司生产并投放市场一种广泛使用于冷轧薄板生产的大直径、超长度聚氨酯胶辊，加快了冶金工业机械设备配件的国产化步伐。该产品拉伸强度达到45MPA，伸长率达660%。Epoxies开发出不吸收任何湿气的聚氨酯灌注胶。

上海康达公司研究并生产了水轮机用环氧和聚氨酯互穿网络复合涂层，基本上解决了水轮机泥砂磨损的关键技术。在国内许多科研机构，特别是大学对聚氨酯与环氧树脂、环氧乙烯、丙烯酸树脂的复合和互穿网络的研究报告较多。

拜尔材料科学于2006年正式使用IMPACT生产工艺来生产ARCOL  PPG-2000用于CASE用途。

环保型油墨连接料由于其优异的附着力、成膜性好等性能最近几年得到了较快的发展。

我国海军后勤技术装备研究所开发出了发光聚氨酯软管对于海军夜间补给有很好作用。正在研究的还有舰艇航行记录器的外防腐蚀聚氨酯涂层。

Amerityre公司宣布已授权青岛七洲公司用其技术生产聚氨酯弹性体轮胎。主要用于3种大型矿用工程胎。

许多国外大公司在设立了研究、技术支持服务中心。具备产品性能测试、模拟使用条件研究、培训、技术服务、加工等内容。

扩链剂HQEE、HER、液体MOCA在苏州湘圆化工有限公司投产。

具有优良的力学性能和耐水解稳定性、耐热性能好等特点的聚碳酸酯型聚氨酯弹性体近年来成为开发热点。佳能最近开发出了一种新的聚脲喷涂设备，可用于车门内饰、座椅、仪表盘等汽车的表面喷涂。佳能专门为汽车市场开发了混合喷头。德国TELTOW公司推出一种新型形状记忆聚酯和聚氨酯共聚物，它能够保持某种临时的形状，然后在受热后恢复原有的形状。这种材料是无色透明，并且可生物降解，尤其适合眼科治疗。美国批准全人工材料临时心脏，这种材料是由特殊的聚氨酯制成。还有人造聚氨酯血管。拜尔公司推出了可透气性很高的TPU膜用材料。

根据国外一些咨询公司判断，到2010年中国成为世界聚氨酯第一生产大国，但是我们应该清晰地认识到是制造大国，但并非是强国，中小企业多、低档产品多，分布散，规模小，自主创新能力不足,和机制不健全；我国的PU产业应该加快向集团化、规模化、专业化方向努力，应该加强指导和规划。