聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯,是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的統(tǒng)稱。它是由有機(jī)二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,還可含有醚、酯、脲、縮二脲,脲基甲酸酯等基團(tuán)。根據(jù)所用原料的不同,可有不同性質(zhì)的產(chǎn)品,一般為聚酯型和聚醚型兩類??捎糜谥圃焖芰稀⑾鹉z、纖維、硬質(zhì)和軟質(zhì)泡沫塑料、膠粘劑和涂料等。聚氨酯是一種新興的有機(jī)高分子材料,被譽(yù)為“第五大塑料”,因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、輕工、紡織、石化、冶金、電子、國防、醫(yī)療、機(jī)械等眾多領(lǐng)域。
1937年德國Otto Bayer教授首先發(fā)現(xiàn)多異氰酸酯與多元醇化合物進(jìn)行加聚反應(yīng)可制得聚氨酯,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用,英美等國1945~1947年從德國獲得聚氨酯樹脂的制造技術(shù)于1950年相繼開始工業(yè)化。日本1955年從德國Bayer公司及美國DuPont公司引進(jìn)聚氨酯工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。20世紀(jì)50年代末我國聚氨酯工業(yè)開始起步,近10多年發(fā)展較快。
原料篇
我們通常意義上所說的TDI、MDI、AA等產(chǎn)品屬于聚氨酯原料,而不能稱為聚氨酯產(chǎn)品。聚氨酯原料主要包括:異氰酸酯、聚酯多元醇(由多元醇和多元酸反應(yīng)生成,常用的多元酸有己二酸,常用多元醇有1,2丁二醇、乙二醇等)、聚醚多元醇(常用的有PPG、POP、PTMEG等)、溶劑(常用的有DMF、TOL、MEK等)、擴(kuò)鏈劑(常用的有BDO)以及各種助劑。
一、異氰酸酯
異氰酸酯是異氰酸的各種酯的總稱。若以-NCO基團(tuán)的數(shù)量分類,包括單異氰酸酯R-N=C=O和二異氰酸酯O=C=N-R-N=C=O及多異氰酸酯等。目前應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的是有:甲苯二異氰酸酯(Toluene Diisocyanate,簡稱TDI);二苯基甲烷二異氰酸酯(Methylenediphenyl Diisocyanate,簡稱MDI)。
TDI
甲苯二異氰酸酯簡稱TDI,主要應(yīng)用于軟泡、涂料、彈性體、膠粘劑。其中軟泡是最大的一塊消費(fèi)領(lǐng)域,占了70%以上,涂料占了15%以上。
軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料在家具、建筑和運(yùn)輸領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。另外,TDI還可以用于生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料、膠粘劑、混凝土密封劑、尼龍-6交聯(lián)劑、聚氨酯涂料和聚氨酯彈性體中間體。
MDI
二苯基甲烷二異氰酸酯簡稱MDI,產(chǎn)品可分為純MDI、聚合MDI、液化MDI、改性MDI等。
純MDI主要用于生產(chǎn)漿料、鞋底原液、氨綸、TPU和聚脲噴涂等。
聚合MDI主要用于生產(chǎn)聚氨酯硬泡、CASE領(lǐng)域。聚氨酯硬泡廣泛應(yīng)用于保溫行業(yè),如冰箱冰柜、太陽能熱水器、保溫管道等,同時(shí)還可用于生產(chǎn)仿木家具、PU板材等。
多亞甲基多苯基多異氰酸酯
多苯基多亞甲基多異氰酸酯,簡稱PAPI,或稱粗MDI。PAPI實(shí)際上是由50%MDI與50%官能度大于2以上的多異氰酸酯組成的混合物。升溫時(shí)能發(fā)生自聚作用。溶于氯苯、鄰二氯苯、甲苯等。PAPI的活性低,蒸氣壓低,只是TDI的百分之一,故毒性很低。用于制造聚氨脂膠粘劑。也可直接加入橡膠膠粘劑中,改善橡膠與尼龍或聚酯線的粘接性能。
其他異氰酸酯(HDI等)
其他異氰酸酯有1,6-已二異氰酸酯(HDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)、萘-1,5-二異氰酸酯(NDI)等。后兩種產(chǎn)品目前在國內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用不多,而HDI因?yàn)槠淠忘S性能良好的優(yōu)點(diǎn)將替代TDI在涂料行業(yè)廣泛使用,目前在一些車用高檔漆中使用HDI已相當(dāng)普及。
二、多元醇
聚酯多元醇
聚酯多元醇通常是由有機(jī)二元羧酸(酸酐或酯)與多元醇(包括二醇)縮合(或酯交換)或由內(nèi)酯與多元醇聚合而成。二元酸有苯二甲酸或苯二甲酸酐或其酯、己二酸、鹵代苯二甲酸等。多元醇有乙二醇、丙二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等。
己二酸
己二酸簡稱AA,在尼龍66鹽中,主要用于制己二腈進(jìn)而生產(chǎn)己二胺,并與己二胺合成生產(chǎn)聚酰胺66(尼龍66),聚酰胺66可作為工程塑料與錦綸纖維。
己二酸在聚氨酯領(lǐng)域最重要的用途是生產(chǎn)聚氨酯彈性體,是PU樹脂和鞋底原液廠的主要原料。與二元醇反應(yīng)生成聚酯多元醇,用以與純MDI,和其他溶劑生產(chǎn)漿料或者鞋底原液。此外還可用于膠粘劑、增塑劑、聚酯多元醇,TPU等。
1,4-丁二醇
BDO全稱為1,4-丁二醇,主要用于生產(chǎn)四氫呋喃(THF)、g-丁內(nèi)酯(GBL)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚氨酯領(lǐng)域等。在聚氨酯領(lǐng)域中,可用于生產(chǎn)漿料、鞋底原液、TPU、氨綸等。
目前全球可工業(yè)化生產(chǎn)的BDO生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有四種:Reppe法、丁二烯法、丁烷/順酐法、環(huán)氧丙烷/丙烯醇法
乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇
乙二醇(EG MEG)、二乙二醇(DEG)、丙二醇這幾種產(chǎn)品和BDO一樣,在PU行業(yè)中主要應(yīng)用于聚酯多元醇的原料。但相對(duì)BDO來說,這幾種多元醇在PU行業(yè)應(yīng)用當(dāng)中比率非常小。
聚醚多元醇
聚醚多元醇(簡稱聚醚,統(tǒng)稱PPG)是環(huán)氧丙烷的重要衍生產(chǎn)品,是合成聚氨酯的主要原料之一。由于起始劑種類的不同,生產(chǎn)的聚醚可分為軟泡聚醚、硬泡聚醚和彈性體聚醚。 聚醚多元醇最大的用途是生產(chǎn)聚氨酯塑料;其次用作表面活性劑,如泡沫穩(wěn)定劑、造紙工業(yè)消泡劑、原油破乳劑、油井酸處理潤濕劑及高效低泡洗滌劑等;也用做潤滑劑、液壓流體、熱交換流體及淬火劑、乳膠發(fā)泡劑、多種切削和牽伸劑組分及專用溶劑等。
聚四亞甲基醚二醇
聚四亞甲基醚二醇,簡稱PTMEG,是聚氫呋喃的聚合物。主要用來生產(chǎn)聚氨酯彈性纖維(即氨綸)、聚氨酯彈性體、合成革、涂料助劑、膠粘劑、密封膠以及聚酰胺等。
三、助劑
DMF
DMF全稱為二甲基甲酰胺既是一種用途極廣的化工原料,也是一種用途很廣的優(yōu)良溶劑。DMF主要用于革用樹脂的合成和PU皮革生產(chǎn)加工方面,約占總量的90%以上。還可用于醫(yī)藥、晴綸、農(nóng)藥、染料、電子等其他行業(yè)中。
其他
環(huán)氧丙烷(PO)
環(huán)氧丙烷(PO)是除聚丙烯和丙烯腈外的第三大丙烯衍生物,是重要的基本有機(jī)化工合成原料,主要用于生產(chǎn)聚醚、丙二醇等。它也是第四代洗滌劑非離子表面活性劑、油田破乳劑、農(nóng)藥乳化劑等的主要原料。環(huán)氧丙烷的衍生物廣泛用于汽車、建筑、食品、煙草、醫(yī)藥及化妝品等行業(yè)。已生產(chǎn)的下游產(chǎn)品近百種,是精細(xì)化工產(chǎn)品的重要原料。
四氫呋喃(THF)
四氫呋喃是一類雜環(huán)有機(jī)化合物。它是最強(qiáng)的極性醚類之一,在化學(xué)反應(yīng)和萃取時(shí)用做一種中等極性的溶劑。四氫呋喃是生產(chǎn)聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)的重要原料,也是制藥行業(yè)的主要溶劑。
A組分料
A組分料是指由組合多元醇(組合聚醚或聚酯)及發(fā)泡劑等添加劑組成的組合料,俗稱白料。A組分料是形成聚氨酯硬泡的主要原料之一。
B組分料
B組分料是指主要成分為異氰酸酯的原材料,俗稱黑料。B組分料也是形成聚氨酯硬泡的主要原料之一。
工藝篇
光氣
光氣是一種重要的有機(jī)中間體,在農(nóng)藥;當(dāng)今醫(yī)藥;工程塑料;聚氨酯材料以及軍事上都有許多用途。以光氣為原料生產(chǎn)的異氰酸酯類產(chǎn)品,例如TDI,MDI,PAPI,是聚氨酯硬泡、軟泡、彈性體、人造革的重要原料;有些品種的異氰酸酯大量用于聚氨酯涂料;也有特殊品種用于膠粘劑,例如列克納膠。
分解法
分解法是將異氰酸酯殘?jiān)涌列詨A進(jìn)行分解,形成相應(yīng)的芳香胺類化合物,然后精餾回收胺類化合物。或直接將分解液用于聚氨酯彈性體、防水材料、鋪裝材料等作交聯(lián)劑,亦可將堿液再次氧化丙烯化,經(jīng)聚合制得相應(yīng)的芳香胺-氧化丙烯聚醚醇,作為硬泡的原料。
溶液法
溶液法是將異氰酸酯殘?jiān)芙庠谟袡C(jī)溶劑中組成含NCO基的有機(jī)溶劑,再用作涂料、黏合劑以及泡沫塑料的方法。
醇解法
醇解法是指以醇類化合物為分解劑,使聚氨酯泡沫加熱分解,回收聚醚多元醇的方法。
破解法
破解法是指以苛性堿為廢聚氨酯泡沫塑料的分解劑,回收聚醚與芳香二胺的方法。
一步法發(fā)泡
一步法發(fā)泡是把所有原料同時(shí)全部混合后直接注入模具中,在一定溫度下固化成型從而制得泡沫塑料的方法。
完全預(yù)聚法
完全預(yù)聚法是把全部聚酯或聚醚和異氰酸酯反應(yīng)生成預(yù)聚體,然后在催化劑作用下與水反應(yīng)生成泡沫塑料制品。
半預(yù)聚法
半預(yù)聚法制預(yù)聚體,是指首先把過量的異氰酸酯和聚酯或聚醚反應(yīng),所得預(yù)聚體的游離異氰酸酯根含量范圍在20%~35%之間,發(fā)泡時(shí)把預(yù)聚體和聚酯或聚醚、發(fā)泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑等混合反應(yīng)得到的泡沫塑料。
機(jī)械澆注發(fā)泡
機(jī)械澆注發(fā)泡是指用發(fā)泡機(jī)代替手工操作。把原料按比例混合并注入模具或空腔。
噴涂發(fā)泡成型
噴涂發(fā)泡成型是指把硬泡聚氨酯泡沫塑料的原料直接噴射到物件表面,并在此面上發(fā)泡的成型方法。
自結(jié)皮泡沫塑料
自結(jié)皮泡沫塑料又稱整皮模塑泡沫塑料,是指利用特殊工藝將PU組份一次形成帶堅(jiān)實(shí)表皮的泡沫塑料制品。
應(yīng)用篇
聚氨酯軟泡
軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料,簡稱聚氨酯軟泡,是一種具有一定彈性的柔軟性聚氨酯泡沫塑料,它是聚氨酯制品中用量最大的一種聚氨酯產(chǎn)品。主要用作家具墊材、床墊、交通工具座椅坐墊等墊材,工業(yè)和民用上也把軟泡用作過濾材料、隔音材料、防震材料、裝飾材料、包裝材料及隔熱材料等。按軟硬程度,即耐負(fù)荷性能的不同,聚氨酯軟泡可以分為普通軟泡、超柔軟泡、高承載軟泡、高回彈軟泡等。
聚氨酯硬泡
硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料,簡稱聚氨酯硬泡,是以A組分料和B組分料混合反應(yīng)形成的具有防水和保溫隔熱等功能的硬質(zhì)泡沫材料。聚氨酯硬泡多為閉孔結(jié)構(gòu),具有絕熱效果好、重量輕、比強(qiáng)度大、施工方便等優(yōu)良特性,同時(shí)還具有隔音、防震、電絕緣、耐熱、耐寒、耐溶劑等特點(diǎn),廣泛用于冰箱、冰柜的箱體隔熱層、冷庫、冷藏車等絕熱材料,建筑物、儲(chǔ)罐及管道保溫材料,少量用于非絕熱場(chǎng)合,如仿木材、包裝材料等。
聚氨酯半硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料
聚氨酯半硬質(zhì)泡沫塑料,其物理機(jī)械性能處于軟-硬泡沫之間,故也可稱為“半軟質(zhì)”泡沫塑料。用于制備汽車方向盤、扶手、其次和保險(xiǎn)杠等功能件和內(nèi)部飾件。
仿木
高密度(密度300~700kg/m3)聚氨酯硬泡或玻璃纖維增強(qiáng)硬泡是一種結(jié)構(gòu)型PU泡沫塑料,又稱仿木材,具有強(qiáng)度高、韌性好、結(jié)皮致密堅(jiān)韌、成型工藝簡單、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),強(qiáng)度可比天然木材高,密度可比天然木材低,可替代木材用作高檔制品。
聚氨酯彈性體(PU Elastomers)
1、澆注型聚氨酯彈性體(簡稱CPU)
澆注型聚氨酯彈性體是通過澆注工藝,由液體樹脂澆注并反應(yīng)成型的一類聚氨酯彈性體。是聚氨酯彈性體中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的一種。
2、熱塑型聚氨酯彈性體(簡稱TPU)
熱塑型聚氨酯彈性體是由低聚合物多元醇軟段與二異氰酸酯擴(kuò)鏈劑硬段構(gòu)成的線性嵌段共聚物,有聚酯型和聚醚型之分。約占聚氨酯彈性體總量的25%左右。
3、混煉型聚氨酯彈性體(簡稱MPU)
混煉型聚氨酯彈性體是先合成貯存穩(wěn)定的固體生膠,再經(jīng)過混煉機(jī)加工,制成熱固性網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的聚氨酯彈性體,占聚氨酯彈性體總量的10%左右。
根據(jù)各自不同性能,聚氨酯彈性體廣泛用于礦山工業(yè)方面的篩板、搖床;機(jī)械工業(yè)方面的膠輥、膠帶、密封件;汽車工業(yè)方面的輪胎、密封圈傳動(dòng)帶、減震彈簧;制鞋業(yè)方面的鞋底、鞋跟、鞋墊等部件;醫(yī)用方面的氣管套管、假肢、顱骨缺損修補(bǔ)材料等。
4、微孔彈性體
聚氨酯微孔彈性體最典型的應(yīng)用是用于制鞋的鞋底原液,實(shí)際上是一種泡沫與彈性體的混合物。一般來說,聚氨酯鞋底原液是雙組分(或三組分),A組分是端羥基聚酯多元醇、水、硅油、可能有二元醇擴(kuò)鏈劑的混合物。B組分是末端為NCO的預(yù)聚集物,(C組分是催化劑)。聚氨酯鞋底具有諸多優(yōu)點(diǎn):密度低,質(zhì)地柔軟,穿著舒適輕便;尺寸穩(wěn)定性好,儲(chǔ)存壽命長;優(yōu)異的耐磨性能、耐撓曲性能;優(yōu)異的減震、防滑性能;較好的耐溫性能;良好的耐化學(xué)品性能等等。聚氨酯多用于制造高檔皮鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、旅游鞋等。
聚氨酯漿料
分為濕法和干法兩大類,是一種高分子的溶液體系,外觀透明或微濁。漿料用作涂層制備聚氨酯合成革、人造革。 干法聚氨酯漿料,在應(yīng)用的過程中,靠加熱蒸發(fā)將漿料中的溶劑蒸發(fā)掉,溶劑大都是用甲苯、丁酮,蒸發(fā)掉的溶劑無法回收,不僅污染環(huán)境,而且還造成了不必要的浪費(fèi)。 濕法聚氨酯漿料,由于加工過程采用的是將DMF用水抽提(原因是DMF與水有無限的溶解性),比較環(huán)保,而且生產(chǎn)出的合成革具有良好的透濕、透氣性能,手感柔軟、豐滿、輕盈,更富于天然皮革的風(fēng)格和外觀,因此發(fā)展速度極為驚人。
合成革
模擬天然革的組成和結(jié)構(gòu)并可作為其代用材料的塑料制品。通常以經(jīng)浸漬的無紡布為網(wǎng)狀層,微孔聚氨酯層作為粒面層制得。其正、反面都與皮革十分相似,并具有一定的透氣性,比普通人造革更接近天然革,一般合成革通指聚氨酯合成革。
聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是指以聚氨酯樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料。聚氨酯涂料可分為雙組分聚氨酯涂料和單組分聚氨酯涂料。聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域主要有:車輛涂裝、船舶、木材、建筑物涂裝、防腐涂裝、飛機(jī)、塑料、橡膠、皮革的表面涂裝等。其中水性聚氨酯涂料以水為主要介質(zhì),具有低VOC含量、低或無環(huán)境污染、施工方便等特點(diǎn),是溶劑型涂料的主要替代品之一。
聚氨酯清漆
以聚氨酯樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料。按其組成和成膜機(jī)理而將其分為五大類:聚氨酯改性油涂料、潮氣固化聚氨酯涂料、封閉型聚氨酯涂料、催化固化型聚氨酯涂料和羥基固化型聚氨酯涂料。
聚氨酯膠粘劑
聚氨酯膠粘劑是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO)的膠粘劑。聚氨酯膠粘劑分為多異氰酸酯和聚氨酯兩大類。多異氰酸酯分子鏈中含有異氰基(-NCO)和氨基甲酸酯基(-NH-COO-),故聚氨酯膠粘劑表現(xiàn)出高度的活性與極性。與含有活潑氫的基材,如泡沫、塑料、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料,以及金屬、玻璃、橡膠、塑料等表面光潔的材料都有優(yōu)良的化學(xué)粘接力。
聚氨酯膠粘劑是目前正在迅猛發(fā)展的聚氨酯樹脂中的一個(gè)重要組成部分,具有優(yōu)異的性能,在許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用,是八大合成膠粘劑中的重要品種之一。
1、多異氰酸酯膠粘劑
多異氰酸酯膠粘劑是由多異氰酸酯單體或其低分子衍生物組成的膠粘劑。屬于反應(yīng)型膠粘劑粘接能力好,特別適合于金屬與橡膠、纖維等粘接。常見的三種:三苯基甲烷-4,4,4-三異氰酸酯膠粘劑(TTI),六代磷酸三(4-異氰酸酯基苯酯)膠粘劑(TPTI),四異氰酸酯膠粘劑。
2、通用型聚氨酯膠粘劑
通用型PU膠是我國最早合成的PU溶劑膠,代表性產(chǎn)品是PU 101膠。一般以聚己二酸乙二醇酯等與TDI反應(yīng)制得端羥基PU樹脂溶于有機(jī)溶劑為主成分(固含量30%或50%);以三羥甲基丙烷(有的用丙三醇)與TDI加成物的醋酸乙酯溶液為固化劑(固含量60%或75%);固化劑的比例由多至少混合,可將金屬、塑料、織物等不同材料很好的粘接起來,特別是電絕緣材料中滌綸薄膜與多孔性材料的復(fù)合,包裝裝飾材料的復(fù)合等。
3、食品包裝型聚氨酯膠粘劑
此類聚氨酯膠粘劑一般是雙組分的,其甲、乙兩組分與通用型相似。但對(duì)膠粘劑有一些特殊要求,即能耐熱、耐寒、耐油、耐酸、耐藥品、阻氣、透明等性能。尤其是要求能耐水煮或蒸煮其剝離強(qiáng)度變化很小。此類聚氨酯膠粘劑用于復(fù)合薄膜(食品包裝之用)。有溶劑型聚氨酯復(fù)合膜膠、水性聚氨酯復(fù)合膜膠、無溶劑聚氨酯復(fù)合膜膠。
4、鞋用聚氨酯膠粘劑
此類膠粘劑是溶劑型的PU樹脂或改性的PU樹脂與固化劑搭配使用。此類膠粘劑要求初粘力大,膠粘層柔軟,耐溶劑好,能適應(yīng)PU、PVC、EVA、橡膠等各種不同的材質(zhì)。有溶劑型聚氨酯鞋用膠、粘接型TPU固體樹脂膠、水性聚氨酯鞋用膠。
5、聚氨酯熱熔膠
聚氨酯熱熔膠是由線型或少量支鏈的TPU樹脂配以有關(guān)助劑制成。室溫下是固體,使用時(shí)加熱熔融涂布,經(jīng)壓合冷卻,在幾秒~幾分鐘內(nèi)即完成粘接;常加工成粉、條、膜等形狀,貯運(yùn)、使用方便,在專用熱熔機(jī)、器具的配合下涂膠,浪費(fèi)少,并可回收再利用,常用于織物的復(fù)合、書籍裝訂、包裝、裝飾件、家俱制造等領(lǐng)域,尤其適用于高速的生產(chǎn)線。
6、反應(yīng)型聚氨酯熱熔膠
反應(yīng)型PU熱熔膠也稱濕固化PUR熱熔膠,由于熱熔粘接后,膠中的端NCO基可與環(huán)境中或基材表面的濕汽、活潑氫進(jìn)一步反應(yīng)固化,其粘接強(qiáng)度、耐溫、耐濕、耐介質(zhì)、耐蠕變等性能進(jìn)一步提高,因此是性能更為優(yōu)異的一種PU熱熔膠,更適合于高要求的裝配流水線。
7、聚氨酯密封膠
聚氨酯密封膠性能優(yōu)良,有良好的彈性、柔韌性和對(duì)位移的補(bǔ)償性],其價(jià)格適中,粘接強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度一般高于有機(jī)硅和聚硫密封膠,近些年來發(fā)展很快,已被廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、船舶、集裝箱、土木工程、電子電器、基礎(chǔ)設(shè)施等的密封粘接。這類密封膠主要有:單組份濕固化PU密封膠和雙組份PU密封膠。
8、聚氨酯壓敏膠
此類膠粘劑是單組分的,在制備過程中不使用溶劑,避免了溶劑的污染和回收問題。次類膠粘劑具有優(yōu)秀的粘接性、保持性、穩(wěn)定性以及耐熱性,同時(shí)能用于水下粘接。
聚氨酯彈性纖維(Spandex,簡稱氨綸)
聚氨酯纖維是聚氨酯甲酸鏈段的線性高分子物質(zhì)占形成化學(xué)結(jié)構(gòu)85%以上的合成纖維,屬于高彈性纖維。國際上統(tǒng)稱為“斯潘德克斯”(Spandex),我國稱之為“氨綸”。主要商標(biāo)名稱有Lycra(英威達(dá))、Dorlastan(德國拜耳公司)、ESPA(日本東洋公司)、Opelon(日本東麗-杜邦公司)等。由于英威達(dá)的 “萊卡”(Lycra)品牌的產(chǎn)品具有極高的知名度,所以人們往往泛稱氨綸為“萊卡”。氨綸萊卡已被廣泛應(yīng)用于紡織品中,是一種高附加值的新型紡織材料,其使用形式主要有四種:裸絲、包芯紗、包覆紗、合捻線。如絲襪、泳衣、舞蹈衣、純棉包覆絲、服裝等,在傳統(tǒng)紡織品中,只需加入不到5%數(shù)量的氨綸,就可以使傳統(tǒng)織物的檔次大為提高,顯示出柔軟、舒適、美觀、高雅的風(fēng)格。
聚氨酯鋪裝材料
聚氨酯鋪裝材料的種類很多,包括鋪地材料、防水材料、灌注材料等。其中鋪地材料是用于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地與地板的鋪設(shè),防水材料是用于建筑物樓頂?shù)姆浪魺?,灌注材料是用于建筑、煤礦、鐵道、石油開采、水利電力以及地質(zhì)鉆探等部門的堵水、防水、加固、補(bǔ)強(qiáng)以及防腐等。
延伸篇
水性聚氨酯
水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系,也稱水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水為溶劑,無污染、安全可靠、機(jī)械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。
噴涂聚氨酯
是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與樹脂組份(簡稱R組份)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物;預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份必須是由端羥基樹脂(例如:二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等)和端羥基(芳香族或脂肪族)擴(kuò)鏈劑組成,在端羥基樹脂中,必須含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑。
噴涂聚氨酯(脲)
也叫混合體(hybrid),它是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與樹脂組份(簡稱R組份)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物;預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份既可以是端羥基樹脂,也可以是端胺基樹脂;擴(kuò)鏈劑組成,在樹脂組份中,可以含有用于提高反應(yīng)活性的催化劑。
噴涂聚脲
是由異氰酸酯組份(簡稱A組份)與氨基化合物組份(簡稱R組份)反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的,也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物。預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份必須是由端氨基樹脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成,在端氨基樹脂中,不得含有任何羥基成分和催化劑,但可以含有便于顏料分散的助劑。
生物降解PU材料
生物降解塑料是目前全球開發(fā)的熱點(diǎn),形成產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)途徑基本有二條:一條是開發(fā)高分子質(zhì)量(分子質(zhì)量10萬以上)的生物降解材料,典型品種如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸亞丙酯(PPS)、聚羥基脂肪酸(PHA)等生物降解塑料,這些生物降解塑料雖具有優(yōu)良的生物降解性能,但普遍存在機(jī)械性能,尤其是韌性和耐溫性差等缺點(diǎn);另一條是開發(fā)低分子質(zhì)量的生物降解多元醇,通過異氰酸酯擴(kuò)鏈,從而制成具有高分子質(zhì)量的聚氨酯生物降解塑料。目前日本昭和高分子公司采用HDI作為擴(kuò)鏈劑,制得分子質(zhì)量為20萬左右的PBS,制成的PU降解材料可作為通用降解塑料使用,其用途廣泛。
綠色生物質(zhì)多元醇
傳統(tǒng)多元醇的上游原料多源于石油和天然氣等資源,但隨著日益嚴(yán)重的能源短缺和人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),開發(fā)利用再生資源制造生物質(zhì)多元醇,從而使得綠色PU材料已成為一個(gè)新的亮點(diǎn)。目前制備生物質(zhì)多元醇的原料主要有植物油(包括蓖麻油、大豆油、棕櫚油、松香油)和植物纖維素、木質(zhì)素多元醇(原料一般為木材、竹子、甘蔗渣、糧作物秸稈、麥草、枯草等)以及蔗糖、淀粉等。中國林業(yè)科學(xué)院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所已研制成了松脂和油脂基酯多元醇,并與江蘇力強(qiáng)化工有限公司建成了年產(chǎn)5萬t生產(chǎn)線。
當(dāng)前生物質(zhì)多元醇已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化并得到應(yīng)用的蓖麻油多元醇,以印度為主,技術(shù)來源于美國陶氏化學(xué)和德國巴斯夫;大豆油多元醇以北美為主,棕櫚油多元醇以馬來西亞為主。我國上海中科合臣股份有限公司和山東萊州金田化工有限公司已制成大豆油多元醇,福建新達(dá)保溫材料有限公司已制成竹子為原料的植物纖維素多元醇。生物質(zhì)多元醇可取代部分(20%~30%)聚醚多元醇,用于制造多種PU材料,包括PU硬泡、膠粘劑、涂料、彈性體和塑膠跑道等,已在汽車建筑外保溫和冰箱等領(lǐng)域得到應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo),生物質(zhì)多元醇與石油類多元醇相比能耗降低23%,非可再生資源消耗降低61%,向大氣排放溫室氣體減少36%。為此歐美國家有相關(guān)法規(guī)規(guī)定,含有生物質(zhì)多元醇PU材料將優(yōu)先采購。
PU復(fù)合材料
SPS復(fù)合材料
SPS是由PU與鋼材構(gòu)成的一種具有雙層結(jié)構(gòu)的材料,即在兩層鋼板之間注入PU彈性體而形成的一種結(jié)構(gòu)型復(fù)合材料。與鋼材相比,SPS板材具有質(zhì)量輕、抗沖擊、耐疲勞、減震、消音、隔熱以及結(jié)構(gòu)簡單、加工方便等優(yōu)點(diǎn),可作為能承受較大外力的結(jié)構(gòu)件,可替代鋼質(zhì)構(gòu)件應(yīng)用于船舶、橋梁、渡橋和高層建筑等領(lǐng)域,成為國內(nèi)外PU和鋼質(zhì)材料界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。
SPS已由委內(nèi)瑞拉成功地應(yīng)用于滾裝船。據(jù)報(bào)道,使用SPS復(fù)合構(gòu)件,可改善船體主裝卸貨機(jī)性能,還可延長船舶使用壽命和航行中的安全性能。據(jù)英國智能工程公司介紹,SPS在北歐已普遍應(yīng)用,主要用于貨船和滾裝船。目前亞洲也有越來越多的造船廠在船舶修理和新建建筑物中采用SPS復(fù)合材料,其中新加坡、馬來西亞和越南都在開發(fā)SPS復(fù)合材料。
同樣,SPS復(fù)合材料在我國造船、橋梁和建筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值,我國國內(nèi)造船廠2008年已有10多個(gè)項(xiàng)目涉及SPS復(fù)合材料。
TPU復(fù)合材料
TPU(熱塑性聚氨酯彈性體)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。目前在國內(nèi)鞋業(yè)、膠粘劑、管材、電纜、皮革、薄膜和工業(yè)用輪等方面已得到廣泛應(yīng)用,2008年國內(nèi)TPU產(chǎn)量達(dá)12萬t,是全球最大的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。為了充分發(fā)揮TPU性能優(yōu)勢(shì),降低其成本,國內(nèi)外均在開發(fā)TPU與塑料、TPU與橡膠的復(fù)合材料。此種低成本TPU復(fù)合材料在汽車、石化、冶金、機(jī)械、紡織等領(lǐng)域?qū)?huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。
產(chǎn)業(yè)篇
1.中國PU工業(yè)現(xiàn)狀
(1)到2012-2015年中國將成為全球主要消費(fèi)市場(chǎng)
2007年中國PU產(chǎn)品消費(fèi)總量為454.7萬t,2008年消費(fèi)總量為480萬t(其中含溶劑160萬t)。2007年全球PU產(chǎn)品消費(fèi)總量為1592萬t。目前中國PU消費(fèi)總量占全球消費(fèi)總量30%左右。
(2)中國是全球MDI、TDI產(chǎn)能和產(chǎn)量增長最快的地區(qū)之一
MDI目前產(chǎn)能為114萬t/a,至2012年將達(dá)到245萬t/a左右。TDI目前產(chǎn)能35萬t/a,至2012年將達(dá)到105萬t。屆時(shí),中國將是全球MDI和TDI產(chǎn)能最大的地區(qū)之一。
(3)中國聚醚多元醇幾年來保持快速增長勢(shì)頭
PPG目前年產(chǎn)能為150萬t,至2011年產(chǎn)能將達(dá)到260萬t/a左右。PTMEG目前產(chǎn)能為23萬t/a。中國聚醚多元醇產(chǎn)能、產(chǎn)量已滿足了未來市場(chǎng)需求量,而且PPG將出現(xiàn)供過于求局面。
(4)跨國公司已將全球PU投資重心由歐美移至中國
近年來,全球知名跨國公司不斷加大在中國的PU投資力度,成立研發(fā)中心,將一些國際先進(jìn)水平的制造技術(shù)首先投放中國實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn)。這充分表明跨國公司已將PU投資重心由歐美移至中國,中國將成為推動(dòng)全球PU發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/div>
2. 我國國內(nèi)PU區(qū)域分布格局將逐漸形成
我國PU產(chǎn)業(yè)地區(qū)分布格局逐漸形成,是我國PU產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個(gè)重要里程碑,也是確保我國PU產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)主要保證。
以上海為中心的長三角地區(qū)。該區(qū)是目前國內(nèi)PU產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)地區(qū),PU原料及其制品已占國內(nèi)半壁江山以上,其中MDI目前產(chǎn)能已達(dá)到89萬t/a,占全國82%。至2011年該區(qū)域MDI產(chǎn)能將達(dá)到129萬t/a,將成為全球MDI產(chǎn)能最大的區(qū)域之一。TDI目前產(chǎn)能為16萬t/a、占國內(nèi)的50%,至2011年產(chǎn)能將達(dá)到46萬t/a、占國內(nèi)的54%。該區(qū)域建有年產(chǎn)5萬t三聚體(HDI)和2萬t水性PU乳液的生產(chǎn)線。至2012年,該區(qū)域PPG產(chǎn)能將達(dá)到80萬t/a,占全國30%。該區(qū)域是國內(nèi)乃至全球PU產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一,上海市PU產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)中心、上海市新材料協(xié)會(huì)與上海金山區(qū)聯(lián)合申辦將上海市金山化工區(qū)建成國家級(jí)PU生產(chǎn)基地。
以廣州為中心的珠三角地區(qū)。該區(qū)是國內(nèi)PU產(chǎn)品外貿(mào)最發(fā)達(dá)的地區(qū),也是PU外資和合資最多的地區(qū)之一。
以煙臺(tái)為中心的環(huán)勃海灣地區(qū)。該地區(qū)包括京津冀魯,是目前國內(nèi)MDI和TDI主要生產(chǎn)地區(qū),也是國內(nèi)PU產(chǎn)品較為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。隨著該區(qū)煙臺(tái)萬華年產(chǎn)50萬t MDI和滄州大化(含黃驊)年產(chǎn)15萬t TDI項(xiàng)目的正式投產(chǎn)以及京津兩地未來PU產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,該地區(qū)將成為國內(nèi)PU產(chǎn)業(yè)十分發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。
以葫蘆島為中心的東北地區(qū)。該地區(qū)石化原料基礎(chǔ)雄厚,是目前國內(nèi)PPG和TDI資源集中地區(qū)之一。該區(qū)域PU原料和產(chǎn)品種類較多、產(chǎn)能、產(chǎn)量較大,市場(chǎng)廣、化工基礎(chǔ)強(qiáng),已得到遼寧省和市政府高度重視,其目標(biāo)是建成中國北方PU產(chǎn)業(yè)基地,是國內(nèi)未來PU產(chǎn)業(yè)發(fā)展的亮點(diǎn)區(qū)域。
以蘭州為中心的西北地區(qū)。該區(qū)主要圍繞甘肅銀光TDI和擬建的MDI等產(chǎn)品為中心,形成下游PU產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈。
以重慶為中心的西南地區(qū)。該地區(qū)主要依托擁有國內(nèi)最豐富的天然氣資源形成的強(qiáng)大化工原料基礎(chǔ)。該區(qū)域年產(chǎn)40萬t MDI項(xiàng)目一旦實(shí)施投產(chǎn),以及PTMEG和BDO正式投產(chǎn),將成為國內(nèi)未來PU產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)區(qū)域。
以福建泉州為中心的海西地區(qū)。該區(qū)域是目前國內(nèi)PU鞋業(yè)和外貿(mào)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一,并可充分利用中國臺(tái)灣在PU產(chǎn)品和技術(shù)上優(yōu)勢(shì)。目前正在福清市籌建6萬t/a TDI生產(chǎn)線。
我國PU產(chǎn)業(yè)地區(qū)分布格局逐漸形成,由此將充分發(fā)揮國內(nèi)各地區(qū)原料、技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),將全面有力推動(dòng)我國PU產(chǎn)業(yè)向縱深方向發(fā)展。我國PU產(chǎn)業(yè)區(qū)域分佈格局壯大成熟之時(shí),正是我國PU產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國理想之時(shí)。
3. 建筑節(jié)能將成為推動(dòng)我國PU產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要?jiǎng)恿?/div>
建筑節(jié)能是我國長期堅(jiān)持的不可動(dòng)搖的國策,我國目前擁有世界上最大的建筑市場(chǎng)。今后幾年,我國建筑節(jié)能每年將消耗PU硬泡保溫材料100萬~200萬t,按建設(shè)部規(guī)劃PU建筑保溫比例占整個(gè)保溫市場(chǎng)20%計(jì),年市場(chǎng)總值將達(dá)到500億~600億元,PU硬泡建筑節(jié)能市場(chǎng)潛力巨大。
4. 擴(kuò)大內(nèi)需已成為推動(dòng)我國PU產(chǎn)業(yè)持續(xù)平穩(wěn)發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)
汽車工業(yè)有效地拉動(dòng)了我國PU產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。我國高鐵、地鐵、城市軌道交通基本建設(shè)已成為拉動(dòng)我國PU產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展新的動(dòng)力。家電下鄉(xiāng)政策也給PU硬泡保溫材料帶來新的商機(jī)。
5. 新能源和環(huán)保是推動(dòng)我國PU快速發(fā)展新的亮點(diǎn)
PU復(fù)合材料在風(fēng)機(jī)葉片上應(yīng)用前景廣闊,PU材料在太陽能新能源上應(yīng)用潛力巨大。因此,綠色環(huán)保技術(shù)將有力地推動(dòng)PU新材料快速發(fā)展。
6. 輕紡工業(yè)是拉動(dòng)我國PU產(chǎn)業(yè)最強(qiáng)勁的動(dòng)力因素
我國目前是全球五大PU產(chǎn)品制造中心,即家具、家電、皮革、制鞋和氨綸。這五大PU產(chǎn)品年消費(fèi)量占我國PU產(chǎn)品總消費(fèi)量的50%左右,是我國輕紡工業(yè)的主要產(chǎn)品,也是重要輕紡?fù)赓Q(mào)出口商品。
7. 我國PU產(chǎn)業(yè)能保持平穩(wěn)發(fā)展的三大關(guān)鍵因素
第一,政府頒布的一攬子刺激經(jīng)濟(jì)政策,有力地緩解了金融危機(jī)給PU產(chǎn)業(yè)帶來的負(fù)面影響。
第二,我國高度發(fā)達(dá)的輕紡業(yè),是確保金融危機(jī)后我國PU產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本。
第三,我國強(qiáng)大的石化產(chǎn)業(yè),是確保金融危機(jī)后PU產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的可靠保證。
8. PU硬泡作為建筑保溫材料,節(jié)能和防火兩者可兼得
PU硬泡是目前國內(nèi)外公認(rèn)的最為理想的建筑節(jié)能保溫材料,在歐美國家建筑市場(chǎng)已得到廣泛應(yīng)用。建筑節(jié)能PU硬泡作為建筑節(jié)能保溫材料,其防火安全性能是完全可達(dá)到的。為充分發(fā)揮PU硬泡在我國建筑節(jié)能中的作用,需借鑒國外在建筑節(jié)能中的成功經(jīng)驗(yàn),國家有關(guān)部門也要權(quán)衡節(jié)能與安全兩者利弊,制定全面合理符合實(shí)際的防火安全性能標(biāo)準(zhǔn)。
9. PU新技術(shù)、新工藝是目前PU開發(fā)的熱點(diǎn)
PU新技術(shù)、新工藝已經(jīng)成為目前PU開發(fā)的熱點(diǎn),如ADI(脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯)異氰酸制造技術(shù)、非光氣法異氰酸酯制造技術(shù)、PU輪胎制造技術(shù)等。
10. PU新型材料是目前PU開發(fā)的又一個(gè)熱點(diǎn)
目前,PU開發(fā)的又一熱點(diǎn)是PU新型材料,如生物醫(yī)學(xué)工程用PU彈性體材料、PS(聚氨酯-鋼材-聚氨酯)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、TPU與塑料復(fù)合材料、TPU與橡膠復(fù)合材料、生物降解PU材料等。