聚氨酯看台
聚氨酯硬泡时候应用在建筑保温领域的首选材料，其结构简单、产品寿命长、施工效率高、耐火等级较高且综合造价低。[3] 随着我国节能环保政策不断落实，建筑行业在“十三五”期间将会面临更严苛的考验，聚氨酯硬泡将会广泛应用在建筑保温领域。此外，聚氨酯作为重要的防水涂料，普遍应用在建筑屋顶、外墙、顶板、地下室、厨卫间、道路桥梁等部位，随着我国轨道交通和高速铁路事业不断发展，聚氨酯防水涂料还会普遍应用在铁路建设领域。 [3] 目前（2015年）我国建筑行业聚氨酯消费量大约在125万t，占据总消费量的20%，而发达国家在相同行业的总消费量为35%。结合数据分析，不难发现我国的聚氨酯硬泡在建筑行业还有很大的发展空间。
聚氨酯（PU），全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物。1937年由奥托·拜耳等制出此物。聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大类。他们可制成聚氨酯塑料（以泡沫塑料为主）、聚氨酯纤维（中国称为氨纶）、聚氨酯橡胶及弹性体。 [1]
中文名
聚氨酯
外文名
polyurethane
简 称
PU
主要产品
聚氨酯泡沫、氨纶、聚氨酯涂料、胶黏剂等
特 性
耐油，耐磨，耐低温，耐老化，硬度高，有弹性
应 用
家居、建筑、日用品、交通域、家电领域等
目录
PU发展概况
聚氨酯（PU）最早是在20世纪30年代，由德国科学家研发而成，德国科学家将液态的异氰酸酯和液态聚醚或二醇聚酯缩聚生成一种新型材料，该材料的物理性能参数与当时的聚烯烃材料并不相同，科学家将其命名为聚氨酯。随着第二次世界大战结束，美国化工制造业蓬勃发展，并在20世纪50年代合成了聚氨酯软质泡沫塑料，这是当时化工行业具有里程碑意义的重要研究，为日后聚氨酯行业发展提供了坚实的技术基础。 [3]
全球PU市场情况
全球聚氨酯市场主要遍布于欧美发达国家，亚太地区主要以中国、日本、韩国为代表，以上国家和地区占据了全球聚氨酯市场总量的90%，其中我国的聚氨酯消费总量占据全球的半壁江山。全球聚氨酯制品种类繁多且应用于各个领域，到2016年底全球的聚氨酯总产量已经达到2200万t左右。 [3]
国内PU市场情况
我国的聚氨酯产业主要集中在长三角地区，近些年随着工业制造技术不断发展，以烟台为中心的环渤海生产区、珠三角生产区以及西北制造产业基地都在蓬勃发展中。迫于国内的环保压力，各个企业开始寻求转型，以打造绿色化、环保化的聚氨酯生产工艺为主要发展方向，逐渐淘汰落后产能。预计在未来几年内，我国的聚氨酯制品将主要应用在建筑领域、家具领域和体育领域，到2016年我国的聚氨酯消费量已经达到1100万吨，为我国创造直接经济效益约3500亿元。 [3]
主要原料市场概况
聚氨酯主要原料包括二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG），目前都已成为国际化商品。这些原料的生产技术和设备都很复杂，产品竞争相当激烈，长期发展的结果使生产相对集中。 [4]
异氰酸酯是异氰酸的各种酯类总称。若以－NCO基团的数量分类，包括单异氰酸酯R－N=C=O和二异氰酸酯O=C=N－R－N=C=O及多异氰酸酯等；也可以分为脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯，目前芳香族异氰酸酯的使用量最大，如MDI、TDI等。[4]
（1）MDI
MDI的生产技术和设备要求都比较复杂，生产技术被全球数个巨型企业控制。全球95%以上的MDI生产企业集中在亚洲和欧洲地区。2者相比，欧洲市场的增长速度不及亚洲，但是其MDI产业起步早，市场也较为成熟。 [4]
2015年6月1日中韩自由贸易协议正式签订，使聚氨酯原料的税率发生了变化，中国聚合MDI出口税率下降的速度较进口税率下降的速度快。随着国内聚合MDI市场产能、产量的增加，进口依存度降低，出口依存度增加，中韩自贸协议的执行对于中国聚合MDI出口的影响将明显大于对聚合MDI进口的影响。 [4]
（2）TDI
2015年，我国各地区TDI价格走势波动很大，厂家坚挺报盘成为TDI价格上扬的唯一驱动力，可是，随后受需求的影响，走势几度下滑，屡破新低。2015年全年价格区间都低于前2年价格，TDI市场的高位已然不复存在。另外，2015年国内TDI厂家的整体开工率都比2014年低，从而导致产量缩减许多。 [4]
（3）PPG
PPG是生产聚氨酯产品的主要原材料之一，在聚氨酯泡沫塑料中的使用量可以达到90%以上，使用量占比最大。由于聚醚多元醇的生产装置规模较大，生产能力主要集中在巴斯夫、拜耳、陶氏化学、壳牌等几家大型跨国公司。我国的聚醚多元醇生产厂家只有通过技术引进、自主研发等形成了一定规模。近年来，随着大型厂家的扩产，聚醚多元醇的品种规格基本齐备，产品质量及稳定性也大幅提高。 [4]
PU制品分类
聚氨酯泡沫塑料
聚氨酯材料的生产已经遍及整个北美地区。据悉，北美聚氨酯泡沫市场总体的年均增长率有望达到6%左右。估计截止2020年，增长领域主要集中在住宅及工业中喷涂聚氨酯泡沫应用的市场中，以及军事应用等。此外，聚氨酯还将被应用于医疗行业，对伤口进行及时有效的处理。 [4]
聚氨酯弹性体
在过去的1年中，由于原油价格大幅度下跌，在全球经济大萧条的背景下，我国聚氨酯弹性体市场同比增长较前几年发展缓慢，失调的供求比例严重导致了聚氨酯弹性体价格一路低迷。但这种现象，仅出现在传统聚氨酯产品中。科技含量以及创新度较高的弹性体产品如纳米聚氨酯弹性体材料的市场前景，还是非常可观的。 [4]
聚氨酯纤维塑料
2015年，氨纶市场整体价格一路下跌，各规格氨纶丝的价格都已跌至历史最低点，甚至已经刷新了历史新低。截止2015年底，40D氨纶主流报价低至36000元/t左右，较年初降幅已达到25.47%，创造了周期内的历史新低。 [4]
从产业链的上下游来看，聚氨酯纤维塑料目前遭遇的这种状况，受制于经济大环境的持续不景气，下游制造领域产销不旺盛，供大于求，压货严重；另一方面还由于原材料价格的大幅下行。
氨纶价格的一路下挫，导致行业利润下降。新智能产能不断释放，造成供应过剩，更是令氨纶市场受到强烈冲击。再加上氨纶下游产业资金紧张，产业链的恶性循环，令2015年1～11月我国氨纶进口量暴跌，供需矛盾，已经成为氨纶价格下跌的硬伤。[4]
PU涂料
应用现状
我国自20世纪50年代开始展开对聚氨酯涂料的研发与应用工作。随着社会大众物质生活水平的不断提升与改善，有关汽车加工、家具制造加工、石油化工、机械工业、桥梁船舶等一系列产业的发展速度不断提升，聚氨酯涂料凭借其突出的性能优势，开始进入快速发展的全新阶段。据统计数据显示，自1980-2004年期间，各个行业领域中有关聚氨酯涂料的使用量呈现出了非常快速的发展趋势，聚氨酯涂料总使用量实现了自0.17万～20万t的突破式发展，聚氨酯涂料产量仅次于醇酸树脂漆涂料、丙烯酸树脂漆涂料以及酚醛树脂漆涂料，成为了涂料领域中的第四大品种，并且这一发展趋势延续至今，其产量以及使用范围仍然保持着非常快速的发展趋势。 [5]
在有关聚氨酯涂料的生产加工企业中，负责聚氨酯涂料研发应用的企业多集中分布于珠三角以及长三角地区，截至目前所开发聚氨酯涂料品种达到60余种。需引起注意的是，受资金投入及技术开发力度等因素的影响，多数有关聚氨酯涂料的开发企业以合资企业、外商独资企业以及国内规模较大生产企业为主，市场定位以中高档商品为主，乡镇企业则多以低档产品为主要定位。[5]
从聚氨酯涂料研发应用的角度上来说，最为主流的仍然表现为双组分聚氨酯涂料，它在木器家具涂装等领域中应用范围不断扩大与提升。除此以外，单组分聚氨酯涂料仍然在汽车加工、地下室防水等领域中有着非常强的应用优势，此类涂料以聚氨酯为主要材料，在各类色漆以及清漆生产中有着非常好的应用价值。新研发丙烯酸聚氨酯漆选用缩二脲作为固化剂，在汽车修补用漆中的应用价值相当可靠。尤其对于轻型汽车、大型客车以及面包车而言，车辆加工中的涂装功能非常值得肯定，市场前景相当可观。在丙烯酸聚氨酯涂料基础之上研发的多类新型聚氨酯涂料还可以在其他制造加工领域中发挥应用价值，以满足家电、火车等加工物对加工质量所产生的要求。 [5]
研发进展
（1）水性聚氨酯涂料
1942年，Shlack首次成功地制备了阳离子型水性聚氨酯，20世纪70年代水性聚氨酯开始工业化生产，发展到现在，全世界水性聚氨酯树酯年产量约为5万～6万t。水性聚氨酯涂料选用水作为涂料分散介质，整个聚氨酯涂料结构体系中有机溶剂较少存在，契合了当前环境保护对涂料领域所提出的节能减排要求，因而有关水性聚氨酯涂料在相关领域中的应用与发展问题日益受到业内人士的关注与重视。截至目前，虽然我国整个涂料领域中，有关聚氨酯涂料的应用比例仅在4%左右，但水性聚氨酯涂料的工程应用近年来正保持着近10%的增长速率。一般情况下，水性聚氨酯涂料无需额外添加分散剂或乳化剂，分子大小以及分子结构可以视情况作出适当的调节。鉴于这一特点，相较于传统意义上应用比较广泛的乳胶涂料而言，水性聚氨酯涂料能够具备更好的低温成膜特性，无需添加收益当比例的可塑剂以及成膜助剂。水性聚氨酯涂料相较于其他涂料而言，不但具有良好的外观，同时干燥时间短，在木器涂料领域中表现出了得天独厚的优势。传统意义上的溶剂型丙烯酸皮革涂料开始逐步被水性聚氨酯皮革涂料所取代，凭借在耐化学品以及耐低温性方面的优势，备受皮革涂料领域人员的关注与重视。除此以外，该类材料还在塑料、车辆、工业以及防腐等相关领域中发挥着非常确切的应用价值，具有相当广阔的发展空间。 [5]
水性聚氨酯涂料性能仍然存在一定的局限性，耐水性不足是影响水性聚氨酯涂料在实践中应用的最主要因素之一。除此以外，在工程施工期间，有关水性聚氨酯涂料的应用也存在一定的问题，如对于双组分水性聚氨酯涂料而言，掺入施工原料中后干燥速度相对比较缓慢，需要较长时间进行维护。在水性聚氨酯涂料与水反应的过程当中所产生的二氧化碳气泡可能大量残留于涂膜内，影响其性能。并且，高昂的成本也成为了影响水性聚氨酯涂料工业化应用的主要因素之一。更为关键的是，在水性聚氨酯涂料中，所添加的大量水性涂料可能对工程建筑中的铁质基材产生影响，导致闪蚀问题的产生，甚至影响表面涂料的湿润性与外观性能。针对上述问题，为促进水性聚氨酯涂料的进一步发展，后续应当将复合型改性水分散聚氨酯涂料作为发展方向与研究重点，尝试将一些功能较为特殊的分子结构，如含硅聚合物链、含氟聚合物链条引入聚氨酯链中，以改善涂膜综合性能，发挥其在耐高温、耐水以及耐候性方面的优势。也可将低VOC以及高性能双组分水性聚氨酯涂料作为研究开发的重点，在降低聚氨酯涂料成本的同时，提高使用效率。 [5]
（2）改性聚氨酯涂料
对于较为单一的聚氨酯涂料而言，在工业化生产应用过程当中，其外形、光泽度、耐水性以及硬度还存在一定的局限性，因此可以尝试通过研发改性聚氨酯涂料的方式，以提高其性能水平。当前技术水平下，聚氨酯材料可以适用的改性方式包括两种类型：第一种是通过化学方法干预的方式，使聚氨酯涂料能够具备两种或两种以上的特性； 第二种则是通过物理方法干预的方式，将特性互补的两种或两种以上树脂材料进行混合，使聚氨酯涂料能够具备多样化的性能。其中，对于有机硅材料而言，该材料具有无腐蚀、无毒性、耐燃性、耐臭氧性、耐气候老化性、电绝缘性等一系列特点与优势，在聚氨酯涂料改性加工中有着非常好的应用价值。Bayer公司率先进行了聚氨酯粉末涂料的基础研究和开发，成功研制了封闭的异氰酸酯交联体系，常用的是己内酰胺封闭的IPDI固化体系，其固化温度在170 ℃以上，这种高温固化有利于涂膜的高度流平，是无挥发性副产物放出的品种。既往报道中也指出，尝试将有机硅材料与聚氨酯涂料相结合，应用适当方法进行改性加工，能够明显克服聚氨酯材料存在的性能缺陷，对扩大聚氨酯材料应用领域而言有非常确切的价值。同时，聚硅氧烷的化学结构较为特殊，表现出优秀的稳定性、生物相容性、电绝缘性以及耐高低温性。自20世纪40年代开始被广泛应用于工业化生产实践中，在改性聚氨酯材料研发过程当中，可以尝试以聚硅氧烷为软段，合成聚硅氧烷－聚氨酯嵌段共聚物，以突出聚氨酯以及聚硅氧烷两者的优势，彰显该改性聚氨酯涂料在表面富集性、介电性以及生物相容性方面的突出优势，有非常大的应用空间与发展潜力。 [5]
（3）环保型聚氨酯涂料
受到环境保护要求以及整个涂料行业可持续性发展要求的影响，业内有关人员必须积极探索并研发具有环保效益的聚氨酯涂料产品，如光固化聚氨酯涂料、高固含量低黏度聚氨酯材料、以及粉末聚氨酯材料等。以粉末剂方式所呈现的聚氨酯涂料能够具备良好的物理机械性能以及耐化学品性能，同时还表现出了良好的外形美观性。水性聚氨酯分散树脂材料与其他结构的聚合物材料相比存在大量优势，且与环保要求相契合，可在水中分散，无有利的异氰酸酯，无毒性，对底材的附着力良好。水性双组分聚氨酯涂料是由含-OH基的水性多元醇和含-NCO基的低黏度多异氰酸酯固化剂组成，其涂膜性能主要由羟基树脂的组成和结构决定。 [5]
单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料，并以水为分散介质的一类涂料。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的储存稳定性、涂膜力学性能、耐水性、耐溶剂性及耐老化性能，而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近，应当作为环保型聚氨酯涂料非常重要的发展方向之一。而从未来发展趋势上来看，聚氨酯粉末涂料已成为当前整个涂料领域中最为主流的发展方向之一，在各类粉末涂料乃至聚氨酯涂料中所占据的比例不断提高。如对于汽车涂料加工市场而言，在涂料产品开发过程当中，应当以聚氨酯粉末涂料为最佳选择与发展方向，同时通过技术创新研发的方式，研发对低温环境有良好适应性，同时无挥发性副产物产生的新一代聚氨酯粉末涂料，该新型粉末涂料在性能上与双组分溶剂型聚氨酯涂料有良好的相似性，可以适用于新一代汽车生产线涂料制造与加工领域，在保障涂料性能的同时，体现出了良好的环保效益，具有非常可观的综合效益。 [5]
PU胶粘剂
聚氨酯胶粘剂的合成是基于异氰酸酯独特的化学性质。异氰酸酯是分子中含有异氰酸酯基团（-NCO）的化合物，该基团具有重叠双键排列的高度不饱和键结构，能与各种含活泼氢的化合物进行反应。在聚氨酯胶粘剂领域，主要使用含有2个或多个-NCO特征基团的异氰酸酯。根据产品在光照下是否发生黄变现象将聚氨酯胶粘剂分为通用型异氰酸酯聚氨酯胶粘剂和耐黄变型异氰酸酯聚氨酯胶粘剂。 [6]
通用型PU胶粘剂
通用型异氰酸酯，即芳香族异氰酸酯是目前聚氨酯工业使用最广泛的异氰酸酯，由于结构中与苯环相连的亚甲基易被氧化生成醌类发色基团导致材料发生黄变。常用的通用型异氰酸酯有TDI、MDI和聚甲基聚苯异氰酸酯（PAPI）等。TDI常温下为液态，使用方便，是聚氨酯工业中最早使用的异氰酸酯。 [6]
耐黄变型PU胶粘剂
为改善通用型异氰酸酯引起聚氨酯材料黄变的现象，除使用相关助剂外，应该避免苯环共轭醌式结构生色团的产生。为此研究者们开发了许多耐黄变型异氰酸酯：如苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮异氰酸酯（IPDI）等。 [6]
PU胶粘剂改性
尽管聚氨酯胶粘剂具有优良的性能，但容易受到诸如光、热、氧、水等外界环境的影响，降低其使用价值。随着社会的发展，聚氨酯胶粘剂单一的性能已经不能满足应用需求，对聚氨酯胶粘剂的改性研究已经成为热点领域，其中物理改性和化学改性是主要的改性方法。 [6]
（1）物理改性
物理改性主要是在聚氨酯胶粘剂制备过程中，通过一定条件掺杂一些填料、添加剂来改善胶粘剂性能的一种方法。石英粉与聚氨酯胶粘剂体系具有良好的相容性，对聚氨酯胶粘剂产品的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度有明显的提升作用。将纳米氮化硼（BN）超声分散于多元醇中，然后与MDI反应，制备用于食品包装的聚氨酯胶粘剂薄膜。与未加纳米BN的胶粘剂相比，薄膜的水蒸气透过率降低了50%，粘接强度提高了37%，剥离强度提高7.14%。将SiO2纳米纤维添加到聚氨酯基体中，发现SiO2纳米纤维表面的羟基与聚氨酯形成紧密的交联结构，提高了胶粘剂的粘接性、胶膜的硬度、拉伸强度，但也增加了胶体黏度。 [6]
（2）化学改性
化学改性是一种通过聚合物化学反应改变分子链上原子或原子团类型及其结合方式的改性方法，其中嵌段、接枝等是聚氨酯胶粘剂常用的几种化学改性方法。其中高性能的环氧树脂改性聚氨酯胶粘剂、丙烯酸酯改性聚氨酯胶粘剂、有机硅树脂改性聚氨酯胶粘剂是行业内竞相开发的目标。环氧树脂具有良好的粘接性、耐腐蚀性、高强度等诸多优点，但是韧性较差，将环氧基引入聚氨酯体系中能够获得性能更好的产品。硅烷改性聚氨酯胶粘剂不但能够提高柔韧性还能避免传统聚氨酯胶粘剂固化易起泡、对光滑基材粘接性差的缺点。 [6]
PU产品应用领域
家具行业
家具行业中，仿木材料是聚氨酯硬泡主要应用方向之一，仿木材料质量轻便且密度、强度与木材相当，使用该材料制造家具，成型后不仅不会出现裂纹，还能降低生产制造环节的成本。随着国民环保意识不断增强，仿木材料将会更多地应用在家具行业中，从而代替天然木在家具中的地位。 [3]
我国是世界家具生产加工大国，结合“十二五”期间家具行业聚氨酯消耗总量来看；在“十三五”期间，我国的家具行业仍是以扩大内需、拉动城市消费为主，随着我国房地产政策不断收紧，经济适用房及廉租房的建设速度仍会不断加快，我国家具行业并不会受到冲击，民众对聚氨酯的需求量将会以每年5%的速度增长。 [3]
建筑行业
聚氨酯硬泡时候应用在建筑保温领域的首选材料，其结构简单、产品寿命长、施工效率高、耐火等级较高且综合造价低。[3] 随着我国节能环保政策不断落实，建筑行业在“十三五”期间将会面临更严苛的考验，聚氨酯硬泡将会广泛应用在建筑保温领域。此外，聚氨酯作为重要的防水涂料，普遍应用在建筑屋顶、外墙、顶板、地下室、厨卫间、道路桥梁等部位，随着我国轨道交通和高速铁路事业不断发展，聚氨酯防水涂料还会普遍应用在铁路建设领域。 [3] 目前（2015年）我国建筑行业聚氨酯消费量大约在125万t，占据总消费量的20%，而发达国家在相同行业的总消费量为35%。结合数据分析，不难发现我国的聚氨酯硬泡在建筑行业还有很大的发展空间。 [3]
制鞋、制革行业
中国是世界鞋类产品最大的出口国和生产基地，鞋类产量占据全球总量的60%，聚氨酯（PU）材料是聚氨酯类的一种，此外，浆料主要用于制造人造革及合成革等相关产品。目前（2015年），在鞋底中所使用的聚氨酯浆液不足10%，还无法企及发达国家的平均水平。 [3]
交通运输行业
交通运输行业中也不乏聚氨酯的身影，其主要包括软质、硬质、半硬质泡沫塑料，同时还包括聚氨酯弹性体、聚氨酯胶、聚氨酯密封膏及聚氨酯涂料等。一辆成型的轿车需用到的聚氨酯总量为30kg左右，高质量的聚氨酯制品在轿车中的使用量也是衡量轿车等级的重要因素之一。我国是汽车大国，无论是汽车工业制造数量或是汽车保有量都排在世界第一位。据相关数据统计，每年我国在汽车行业所使用的聚氨酯消费量将近40万t。随着新能源车型不断推出，聚氨酯消费量在汽车工业中还会有更广阔的增长空间。 [3]
除汽车工业之外，我国的冷链运输行业也是聚氨酯发展的另一领域。随着我国民众生活水平不断提高，越来越多的民众对各地的鲜花、水产品需求量猛增，这就带动了我国冷链运输行业发展。冷链运输行业中的运输车，通常使用聚氨酯硬质泡沫夹芯板作为隔热材料，同时冷库建设过程中也需要大量的聚氨酯绝热材料，这对我国的聚氨酯行业而言也是重大利好。 [3]
家电行业
冰箱和冰柜主要采用聚氨酯硬质泡沫作为家电的隔热材料，该材料在同体积条件下，能够有效增大冰箱、冰柜的内部容积，减少外部壳体材料的总用量，不仅能降低生产成本，还能减轻冰箱自重，提升隔热性能。在我国，制造一台标准体积的冰箱需要聚氨酯硬质泡沫重量约为6-8kg，而一台冰柜需要大约11kg的硬质泡沫塑料。中国是冰箱制造大国，已经逐渐成为世界的冰箱研发、生产、运输一体化基地；我国每年在冰箱制造行业所使用的聚氨酯硬质泡沫总量约为80万t。随着我国家电“节能减排”政策不断落实，冰箱所使用的聚氨酯的总量将会呈现下降趋势，各个生产制造企业将会走向“绿色环保”的发展路线。 [3]
体育行业
聚氨酯铺装材料广泛应用于体育场馆、公共体育场所的塑胶跑道、室内篮球场地、排球场地铺装建设。前些年，“毒跑道”事件持续发酵，导致整个行业处于低端、恶劣竞争状态，很多无证经营的小企业大肆谋利；随着我国聚氨酯工业制品质量不断提升，聚氨酯铺装材料质量已经有了大幅度提升，企业不断走向环保型铺装产品的道路上。 [3]
其他
聚氨酯还可用于易碎商品的包装，特别是在一些精密仪器、工艺品、易碎品等运输包装中；该类制品还可以用在航空、航天、汽车制造、液化天然气运输车（船）制造等领域。
