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杏彩体育官网app【智库研报】高性能聚氨酯扩链剂需求引领增长可期返回列表

2024-05-25 20:50:07    来源:杏彩体育平台登录 作者:杏彩官网注册地址

  聚氨酯是重要的化工新材料,因其性能卓越、用途多样,被誉为“第五大塑料”。从家具、服装,到交通、建筑、体育,再到航空航天、国防建设,无处不在的聚氨酯材料是现代化工新材料的创新代表,也是我国建设制造强国的重要支撑。

  聚氨酯原材料工业经过20多年的快速发展,已呈现由量变向质变的转变,异氰酸酯生产技术和生产能力已居世界领先水平,聚醚多元醇生产技术和科研创新能力不断提升,高端产品不断涌现,行业已经进入高质量发展的技术提升期。目前中国已成为全球最大的聚氨酯原材料和制品生产基地,以及聚氨酯应用领域最全的地区。

  聚氨酯扩链剂作为聚氨酯的关键助剂,是能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质,是多种聚氨酯产品生产必不可少的原材料。在聚氨酯材料合成中,聚氨酯扩链剂能起到扩链和交联两种化学反应,以实现高性能、高质量的聚氨酯材料生产,如增强聚氨酯材料制品的韧性、弹性、抗撕裂程度、耐温、耐油、耐候性和耐腐蚀性等物理和化学综合性能。

  聚氨酯扩链剂是指含两个官能团的低分子量胺类、醇类化合物,可通过扩链反应生成线型高分子。通过使用不同的扩链剂,或改变扩链剂配方,实现不同速率的化学反应,生产不同性能要求的聚氨酯材料。

  (1)聚氨酯扩链剂具有能与异氰酸酯进行化学反应的特性基团(氨基和羟基),分子量低,反应性活泼,能使聚氨酯反应体系迅速地进行扩链或固化,生成分子量更大的线型分子,具有高分子的性能。

  (2)不同的扩链剂反应活性不同,通过使用不同品种的扩链剂及用量,调节反应物黏度、分子和形态结构等工艺参数,使之适应不同体系和质量要求的聚氨酯生产及产品。

  (3)不同的聚氨酯扩链剂可赋予聚氨酯不同的性能,将扩链剂分子中的某些特性基团结构引入聚氨酯主链中,影响聚氨酯的力学和化学综合性能,如强度、耐磨性、抗挠曲疲劳性、耐温、耐候性、耐油、耐腐蚀性等。

  聚氨酯扩链剂一般分为胺类、醇类、醇胺类,从使用工艺体系和性能结构上,主要以二胺类和二醇类为主。传统二醇类扩链剂如乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇等,对聚氨酯产品性能提升有限,为普通型扩链剂。对聚氨酯材料性能提升明显的扩链剂主要是芳香族二胺、芳香族二醇两大类,称之为高性能扩链剂,其特征是含刚性苯环,可以赋予聚氨酯特别弹性体材料优异的强度、耐磨性、耐介质等性能。

  芳香族二胺类扩链剂不仅是合成聚氨酯弹性体系列材料不可或缺的关键助剂,也是环氧树脂的固化剂,而且可用于合成高耐热的聚酰亚胺工程塑料,是当前使用最为普遍、最广泛、数量最大的高性能聚氨酯扩链剂。

  传统的浇注型聚氨酯弹性体一般用二步法工艺注模固化成型,即先合成预聚体,再后加扩链剂进行固化。根据异氰酸酯类型的不同,预聚体大体可分为TDI型与MDI型。两者相较而言,TDI型预聚体反应活性低,主要搭配活性高的胺类扩链剂;MDI型预聚体反应活性高,搭配活性较低的羟基封端的扩链剂。根据使用场景及制品性能要求,异氰酸酯类型选定后,选择合适的扩链剂尤为重要。

  芳香族二胺类扩链剂因其卓越的性能、高质量的品质,是聚氨酯弹性材料中生产使用最普遍、应用最广的扩链剂。

  MOCA扩链剂为我国最早投入产业化生产的专业型高性能扩链剂,常温下为固态,具有使用工艺安全灵活方便、可满足制得各种规格形状的聚氨酯产品、价格相对较低等特点,制得的聚氨酯弹性体具有高强度、高回弹、高耐磨、耐介质、耐腐蚀等综合性能,能够制造大尺寸产品,是综合性能比较全面的芳香族二胺类扩链剂。自20世纪50年代由美国杜邦公司开发以来,MOCA在聚氨酯弹性体领域占有重要地位,是目前用量最大的聚氨酯扩链剂,特别在浇注型聚氨酯弹性体等领域更是不可或缺。目前国内比较知名的MOCA生产企业有:苏州湘园新材料股份有限公司(子公司江苏湘园化工公司)、淮北市星光新材料科技有限公司、山东崇舜新材料科技有限公司、济宁市金泰利华化工科技有限公司(原滨海明昇化工有限公司)、池州天赐高新材料有限公司,另外还有双邦实业股份有限公司、三晃股份有限公司、日本和歌山精化工业株式会社。

  近年来,在中国企业的引领推动下,MOCA的生产工艺日益先进。如湘园新材料攻克了传统催化加氢还原法加氢的间歇性生产带来的员工职业健康、污染严重、稳定性不足等难题,自主研发了“制氢—加氢—缩合一体化”的连续法催化加氢的高纯度邻氯苯胺及MOCA生产工艺,实现了自动化、全封闭、绿色化生产,实现无溶剂、无粉尘、节能降耗和零排放,并于2011年建成了世界最大的连续性MOCA生产装置,成为全球知名的聚氨酯扩链剂系列产品生产商。

  另外,湘园新材料还开发出XYlink740M、XYlink P系列扩链剂,实现了该系列产品的产业化,推动聚氨酯材料生产企业提升品质、降低成本,拓宽应用。

  常用的芳香族二醇类扩链剂有对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)、间苯二酚双羟乙基醚(HER)、羟乙基化对苯二酚混合物(HQEE-L)、羟乙基化间苯二酚混合物(HER-L)等,主要用于MDI型工艺体系的聚氨酯材料生产,属于无毒无污染型扩链剂。主要产品的应用特性及使用发展情况概述如下:

  HQEE扩链剂是一种分子结构对称的芳香族二醇扩链剂,为固体颗粒,无毒、无污染和无刺激性,与MDI有着良好的配伍性,可有效地延长材料寿命。湘园新材料已开发HQEE、HER、XYlink HQEE-L、XYlinkHER-L系列扩链剂,品质高于国内外同类产品,产品销售国内外。

  随着聚氨酯新兴领域的兴起,新型聚氨酯扩链剂及应用工艺技术不断推陈出新,满足聚氨酯市场需求。生产企业开发了多种特殊性能的芳香族扩链剂。

  天门冬氨酸酯(DMD230)是一种含两个仲氨基的扩链剂,用于无溶剂或高固含量涂料的配制。与普通喷涂聚脲用伯氨基原料相比,该产品反应速度适中,操作性能好,施工效率好,产品综合性能优异。其与脂肪族多异氰酸酯配制的聚脲类涂料具有良好的光泽度和表观效果,良好的柔韧性和力学性能,耐光照黄变,耐腐蚀和耐候性好、防护更长久,除用于建筑、桥梁、隧道和各类地坪及道路标志漆外,还可用于风电叶片的保护涂层、直升机复合材料蒙皮涂料等高端应用领域。该产品的产业化生产和推广应用,将助推聚脲涂料的高质量发展。

  芳香族二胺与氯化钠络合物的分散体(311)是一种芳香族二胺和无机盐的络合物,常温下可与多种聚氨酯预聚体配合,特别适合复杂形状或大面积制品、微波硫化和其他需要较长可操作时间的场合,也可用作环氧树脂的固化剂。类似产品包括美国Chemtura公司Caytur 31DA、湘园新材料XYlink 311等。

  其他具有优良操作性的噁唑烷、酮亚胺等潜固化剂能够减少涂层或其他制品固化物中产生气泡的可能,也极具发展空间。

  我国聚氨酯扩链剂行业发展基础相对薄弱,早期国内聚氨酯扩链剂市场一直处于被跨国企业垄断的局面。进入本世纪以来,以湘园新材料为代表的一批本土聚氨酯扩链剂企业经过多年的研发和技术积累,成功打破国外垄断,我国部分聚氨酯扩链剂产品性能现已达到国际同类产品水平。

  作为使用最为广泛的胺类聚氨酯扩链剂,MOCA的生产工艺成熟、性能稳定、成本适中、反应速度适宜,在下游应用尤其是TDI体系的浇注型弹性体领域,积累了大量的聚氨酯制品成熟配方。MOCA的稳定性和功能性经过多年来的市场和客户实践检验,性价比较高,经过多年使用也形成了一定的工艺壁垒,其所具有的性价比优势仍将主导未来的市场需求,在行业内仍具有不可替代的作用,而且应用领域还在不断延伸扩展。

  欧洲化学品管理局作为主管欧盟REACH认证的机构,于2017年11月30日发布报告,从安全风险、性能、价格成本等多个维度进行比较后提出,在聚氨酯弹性体领域,MOCA的制品质量性能、性价比等优势突出,目前无替代品。

  我国聚氨酯扩链剂行业起步较晚,早期由于生产技术水平较低、配套原料工艺薄弱、研发人才不足等原因,国内聚氨酯扩链剂市场一直为跨国企业垄断。直到20世纪90年代,国内的一批聚氨酯扩链剂生产企业经过多年的研发和技术积累,成功打破国外技术垄断,推出的部分聚氨酯扩链剂产品性能达到与国际同类产品水平。特别是湘园新材料率先建成了万吨级的连续化MOCA生产装置,产品质量与技术水平达到世界先进、国内领先水平。目前国内MOCA生产企业已能达到游离胺不高于0.2%的要求,MOCA系列产品中颗粒状MOCA、耐高温黄变MOCA受到聚氨酯行业青睐。

  《聚氨酯工业“十二五”发展规划建议》提出,除应扩大优质扩链剂MOCA生产规模外 ,还应加大新型扩链剂MCDEA、E-100、HER、HQEE等产品的推广应用。在MOCA系列产品基础上,随着聚氨酯材料和制品需求的多样化,其他新型扩链剂产品也不断涌现,与 MOCA产品形成差异化布局。

  随着技术研发的持续提升,高性能芳香族扩链剂新型产品在反应速度、耐高温性、操作性、安全环保性等方面具有特定的优势,在新能源、军工、医疗等新兴领域中的应用逐步成熟,应用量不断扩大。如 P-1000、P650、P250、740M,由于其绿色、环保、无毒的特性,逐步在多个领域打开了应用市场。近年来随着更为环保的MDI体系的发展壮大,与MDI体系具有较好配伍性的高性能芳香族二醇类扩链剂如HQEE、HER等的使用规模逐步增长,赋予聚氨酯弹性体优异的耐热性和撕裂强度等特异性能,除了制造浇注型制品,还可以生产高性能热塑性弹性体制品,可以降解回用。在发达国家和部分聚氨酯材料性能要求较高的应用领域,740M、HQEE、HER等扩链剂正在深化应用。新型扩链剂在特定的细分领域具有差异化的优势,技术门槛相对较高,目前国内市场尚处于应用推广阶段。

  北美和西欧的聚氨酯产业经过了数十年的发展积累,行业内企业技术实力雄厚,市场已经较为成熟。同时,这些地区消费者对聚氨酯制品的性能要求较高,对新型扩链剂较MOCA的需求增长更快。目前,欧美等发达国家占据新型扩链剂需求的主要份额。

  亚太地区及其他新兴国家聚氨酯消费量大,正成为全球聚氨酯需求增长的主要动力。其中亚太地区已经是全球最大的聚氨酯消费市场,占全球市场份额约48%;其他新兴国家如印度、巴西、墨西哥等,聚氨酯在建筑、建材、家居等行业中的需求也越来越大。但由于相比欧美发达国家,这些地区的部分聚氨酯产业仍处于前期工业化发展阶段,对聚氨酯产业原材料价格的敏感性高,更加注重成本和性价比,虽然也在逐步应用新型扩链剂,但相对而言,未来这部分地区仍将对高性价比的MOCA保持较高需求。

  目前国际上主要的聚氨酯扩链剂企业,如日本和歌山精化工业株式会社、美国空气化工(2016年被赢创收购)、美国科聚亚公司(2017年被朗盛收购)等,垄断了全球大部分扩链剂市场份额,部分不具有完善产学研用体系的小型公司受到产品质量和价格的冲击被淘汰,扩链剂行业集中度进一步提高。同时大型公司还依托雄厚的资金实力和研发背景,扩大专业化原料、产品生产规模,在资源、市场、劳动力条件优越的地区建立跨国垄断大型生产基地和销售、研发中心。

  我国聚氨酯扩链剂行业的技术水平总体起步晚于西方发达国家,但是发展速度很快。国内聚氨酯扩链剂企业通过长期的自主研发和技术积累,已掌握了关键核心技术,目前中国是世界上最大的聚氨酯扩链剂生产国和使用国,生产的高性能扩链剂产品一半以上用于国内企业,近40%的产量用于出口。以湘园新材料为代表,国内企业部分产品性能已达到甚至超过国外同类产品水平。

  其中,湘园新材料子公司江苏湘园现有1万吨/年连续化MOCA生产线M、HQEE、HER、311、401、CD系列等1.6万吨/年新型扩链剂生产装置,拥有以MOCA为代表的四大系列16个新型聚氨酯扩链剂产。


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