聚氨酯看臺
聚氨酯硬泡時候應用在建筑保溫領域的首選材料，其結構簡單、產品壽命長、施工效率高、耐火等級較高且綜合造價低。[3]??隨著我國節能環保政策不斷落實，建筑行業在“十三五”期間將會面臨更嚴苛的考驗，聚氨酯硬泡將會廣泛應用在建筑保溫領域。此外，聚氨酯作為重要的防水涂料，普遍應用在建筑屋頂、外墻、頂板、地下室、廚衛間、道路橋梁等部位，隨著我國軌道交通和高速鐵路事業不斷發展，聚氨酯防水涂料還會普遍應用在鐵路建設領域。?[3]??目前（2015年）我國建筑行業聚氨酯消費量大約在125萬t，占據總消費量的20%，而發達國家在相同行業的總消費量為35%。結合數據分析，不難發現我國的聚氨酯硬泡在建筑行業還有很大的發展空間。
聚氨酯（PU），全名為聚氨基甲酸酯，是一種高分子化合物。1937年由奧托·拜耳等制出此物。聚氨酯有聚酯型和聚醚型二大類。他們可制成聚氨酯塑料（以泡沫塑料為主）、聚氨酯纖維（中國稱為氨綸）、聚氨酯橡膠及彈性體。 [1]
中文名
聚氨酯
外文名
polyurethane
簡 稱
PU
主要產品
聚氨酯泡沫、氨綸、聚氨酯涂料、膠黏劑等
特 性
耐油，耐磨，耐低溫，耐老化，硬度高，有彈性
應 用
家居、建筑、日用品、交通域、家電領域等
目錄
1 PU發展概況
? 全球PU市場情況
? 國內PU市場情況
? 主要原料市場概況
2 PU制品分類
? 聚氨酯泡沫塑料
? 聚氨酯彈性體
? 聚氨酯纖維塑料
3 PU涂料
? 應用現狀
? 研發進展
4 PU膠粘劑
? 通用型PU膠粘劑
? 耐黃變型PU膠粘劑
? PU膠粘劑改性
5 PU產品應用領域
? 家具行業
? 建筑行業
? 制鞋、制革行業
? 交通運輸行業
? 家電行業
? 體育行業
? 其他
PU發展概況
聚氨酯（PU）最早是在20世紀30年代，由德國科學家研發而成，德國科學家將液態的異氰酸酯和液態聚醚或二醇聚酯縮聚生成一種新型材料，該材料的物理性能參數與當時的聚烯烴材料并不相同，科學家將其命名為聚氨酯。隨著第二次世界大戰結束，美國化工制造業蓬勃發展，并在20世紀50年代合成了聚氨酯軟質泡沫塑料，這是當時化工行業具有里程碑意義的重要研究，為日后聚氨酯行業發展提供了堅實的技術基礎。 [3]
全球PU市場情況
全球聚氨酯市場主要遍布于歐美發達國家，亞太地區主要以中國、日本、韓國為代表，以上國家和地區占據了全球聚氨酯市場總量的90%，其中我國的聚氨酯消費總量占據全球的半壁江山。全球聚氨酯制品種類繁多且應用于各個領域，到2016年底全球的聚氨酯總產量已經達到2200萬t左右。 [3]
國內PU市場情況
我國的聚氨酯產業主要集中在長三角地區，近些年隨著工業制造技術不斷發展，以煙臺為中心的環渤海生產區、珠三角生產區以及西北制造產業基地都在蓬勃發展中。迫于國內的環保壓力，各個企業開始尋求轉型，以打造綠色化、環保化的聚氨酯生產工藝為主要發展方向，逐漸淘汰落后產能。預計在未來幾年內，我國的聚氨酯制品將主要應用在建筑領域、家具領域和體育領域，到2016年我國的聚氨酯消費量已經達到1100萬噸，為我國創造直接經濟效益約3500億元。 [3]
主要原料市場概況
聚氨酯主要原料包括二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG），目前都已成為國際化商品。這些原料的生產技術和設備都很復雜，產品競爭相當激烈，長期發展的結果使生產相對集中。 [4]
異氰酸酯是異氰酸的各種酯類總稱。若以－NCO基團的數量分類，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；也可以分為脂肪族異氰酸酯和芳香族異氰酸酯，目前芳香族異氰酸酯的使用量最大，如MDI、TDI等。[4]
（1）MDI
MDI的生產技術和設備要求都比較復雜，生產技術被全球數個巨型企業控制。全球95%以上的MDI生產企業集中在亞洲和歐洲地區。2者相比，歐洲市場的增長速度不及亞洲，但是其MDI產業起步早，市場也較為成熟。 [4]
2015年6月1日中韓自由貿易協議正式簽訂，使聚氨酯原料的稅率發生了變化，中國聚合MDI出口稅率下降的速度較進口稅率下降的速度快。隨著國內聚合MDI市場產能、產量的增加，進口依存度降低，出口依存度增加，中韓自貿協議的執行對于中國聚合MDI出口的影響將明顯大于對聚合MDI進口的影響。 [4]
（2）TDI
2015年，我國各地區TDI價格走勢波動很大，廠家堅挺報盤成為TDI價格上揚的唯一驅動力，可是，隨后受需求的影響，走勢幾度下滑，屢破新低。2015年全年價格區間都低于前2年價格，TDI市場的高位已然不復存在。另外，2015年國內TDI廠家的整體開工率都比2014年低，從而導致產量縮減許多。 [4]
（3）PPG
PPG是生產聚氨酯產品的主要原材料之一，在聚氨酯泡沫塑料中的使用量可以達到90%以上，使用量占比最大。由于聚醚多元醇的生產裝置規模較大，生產能力主要集中在巴斯夫、拜耳、陶氏化學、殼牌等幾家大型跨國公司。我國的聚醚多元醇生產廠家只有通過技術引進、自主研發等形成了一定規模。近年來，隨著大型廠家的擴產，聚醚多元醇的品種規格基本齊備，產品質量及穩定性也大幅提高。 [4]
PU制品分類
聚氨酯泡沫塑料
聚氨酯材料的生產已經遍及整個北美地區。據悉，北美聚氨酯泡沫市場總體的年均增長率有望達到6%左右。估計截止2020年，增長領域主要集中在住宅及工業中噴涂聚氨酯泡沫應用的市場中，以及軍事應用等。此外，聚氨酯還將被應用于醫療行業，對傷口進行及時有效的處理。 [4]
聚氨酯彈性體
在過去的1年中，由于原油價格大幅度下跌，在全球經濟大蕭條的背景下，我國聚氨酯彈性體市場同比增長較前幾年發展緩慢，失調的供求比例嚴重導致了聚氨酯彈性體價格一路低迷。但這種現象，僅出現在傳統聚氨酯產品中。科技含量以及創新度較高的彈性體產品如納米聚氨酯彈性體材料的市場前景，還是非常可觀的。 [4]
聚氨酯纖維塑料
2015年，氨綸市場整體價格一路下跌，各規格氨綸絲的價格都已跌至歷史最低點，甚至已經刷新了歷史新低。截止2015年底，40D氨綸主流報價低至36000元/t左右，較年初降幅已達到25.47%，創造了周期內的歷史新低。 [4]
從產業鏈的上下游來看，聚氨酯纖維塑料目前遭遇的這種狀況，受制于經濟大環境的持續不景氣，下游制造領域產銷不旺盛，供大于求，壓貨嚴重；另一方面還由于原材料價格的大幅下行。
氨綸價格的一路下挫，導致行業利潤下降。新智能產能不斷釋放，造成供應過剩，更是令氨綸市場受到強烈沖擊。再加上氨綸下游產業資金緊張，產業鏈的惡性循環，令2015年1～11月我國氨綸進口量暴跌，供需矛盾，已經成為氨綸價格下跌的硬傷。[4]
PU涂料
應用現狀
我國自20世紀50年代開始展開對聚氨酯涂料的研發與應用工作。隨著社會大眾物質生活水平的不斷提升與改善，有關汽車加工、家具制造加工、石油化工、機械工業、橋梁船舶等一系列產業的發展速度不斷提升，聚氨酯涂料憑借其突出的性能優勢，開始進入快速發展的全新階段。據統計數據顯示，自1980-2004年期間，各個行業領域中有關聚氨酯涂料的使用量呈現出了非常快速的發展趨勢，聚氨酯涂料總使用量實現了自0.17萬～20萬t的突破式發展，聚氨酯涂料產量僅次于醇酸樹脂漆涂料、丙烯酸樹脂漆涂料以及酚醛樹脂漆涂料，成為了涂料領域中的第四大品種，并且這一發展趨勢延續至今，其產量以及使用范圍仍然保持著非常快速的發展趨勢。 [5]
在有關聚氨酯涂料的生產加工企業中，負責聚氨酯涂料研發應用的企業多集中分布于珠三角以及長三角地區，截至目前所開發聚氨酯涂料品種達到60余種。需引起注意的是，受資金投入及技術開發力度等因素的影響，多數有關聚氨酯涂料的開發企業以合資企業、外商獨資企業以及國內規模較大生產企業為主，市場定位以中高檔商品為主，鄉鎮企業則多以低檔產品為主要定位。[5]
聚氨酯涂料研發進展
（1）水性聚氨酯涂料
1942年，Shlack首次成功地制備了陽離子型水性聚氨酯，20世紀70年代水性聚氨酯開始工業化生產，發展到現在，全世界水性聚氨酯樹酯年產量約為5萬～6萬t。水性聚氨酯涂料選用水作為涂料分散介質，整個聚氨酯涂料結構體系中有機溶劑較少存在，契合了當前環境保護對涂料領域所提出的節能減排要求，因而有關水性聚氨酯涂料在相關領域中的應用與發展問題日益受到業內人士的關注與重視。截至目前，雖然我國整個涂料領域中，有關聚氨酯涂料的應用比例僅在4%左右，但水性聚氨酯涂料的工程應用近年來正保持著近10%的增長速率。一般情況下，水性聚氨酯涂料無需額外添加分散劑或乳化劑，分子大小以及分子結構可以視情況作出適當的調節。鑒于這一特點，相較于傳統意義上應用比較廣泛的乳膠涂料而言，水性聚氨酯涂料能夠具備更好的低溫成膜特性，無需添加收益當比例的可塑劑以及成膜助劑。水性聚氨酯涂料相較于其他涂料而言，不但具有良好的外觀，同時干燥時間短，在木器涂料領域中表現出了得天獨厚的優勢。傳統意義上的溶劑型丙烯酸皮革涂料開始逐步被水性聚氨酯皮革涂料所取代，憑借在耐化學品以及耐低溫性方面的優勢，備受皮革涂料領域人員的關注與重視。除此以外，該類材料還在塑料、車輛、工業以及防腐等相關領域中發揮著非常確切的應用價值，具有相當廣闊的發展空間。 [5]
水性聚氨酯涂料性能仍然存在一定的局限性，耐水性不足是影響水性聚氨酯涂料在實踐中應用的最主要因素之一。除此以外，在工程施工期間，有關水性聚氨酯涂料的應用也存在一定的問題，如對于雙組分水性聚氨酯涂料而言，摻入施工原料中后干燥速度相對比較緩慢，需要較長時間進行維護。在水性聚氨酯涂料與水反應的過程當中所產生的二氧化碳氣泡可能大量殘留于涂膜內，影響其性能。并且，高昂的成本也成為了影響水性聚氨酯涂料工業化應用的主要因素之一。更為關鍵的是，在水性聚氨酯涂料中，所添加的大量水性涂料可能對工程建筑中的鐵質基材產生影響，導致閃蝕問題的產生，甚至影響表面涂料的濕潤性與外觀性能。針對上述問題，為促進水性聚氨酯涂料的進一步發展，后續應當將復合型改性水分散聚氨酯涂料作為發展方向與研究重點，嘗試將一些功能較為特殊的分子結構，如含硅聚合物鏈、含氟聚合物鏈條引入聚氨酯鏈中，以改善涂膜綜合性能，發揮其在耐高溫、耐水以及耐候性方面的優勢。也可將低VOC以及高性能雙組分水性聚氨酯涂料作為研究開發的重點，在降低聚氨酯涂料成本的同時，提高使用效率。 [5]
（2）改性聚氨酯涂料
對于較為單一的聚氨酯涂料而言，在工業化生產應用過程當中，其外形、光澤度、耐水性以及硬度還存在一定的局限性，因此可以嘗試通過研發改性聚氨酯涂料的方式，以提高其性能水平。當前技術水平下，聚氨酯材料可以適用的改性方式包括兩種類型：第一種是通過化學方法干預的方式，使聚氨酯涂料能夠具備兩種或兩種以上的特性； 第二種則是通過物理方法干預的方式，將特性互補的兩種或兩種以上樹脂材料進行混合，使聚氨酯涂料能夠具備多樣化的性能。其中，對于有機硅材料而言，該材料具有無腐蝕、無毒性、耐燃性、耐臭氧性、耐氣候老化性、電絕緣性等一系列特點與優勢，在聚氨酯涂料改性加工中有著非常好的應用價值。Bayer公司率先進行了聚氨酯粉末涂料的基礎研究和開發，成功研制了封閉的異氰酸酯交聯體系，常用的是己內酰胺封閉的IPDI固化體系，其固化溫度在170 ℃以上，這種高溫固化有利于涂膜的高度流平，是無揮發性副產物放出的品種。既往報道中也指出，嘗試將有機硅材料與聚氨酯涂料相結合，應用適當方法進行改性加工，能夠明顯克服聚氨酯材料存在的性能缺陷，對擴大聚氨酯材料應用領域而言有非常確切的價值。同時，聚硅氧烷的化學結構較為特殊，表現出優秀的穩定性、生物相容性、電絕緣性以及耐高低溫性。自20世紀40年代開始被廣泛應用于工業化生產實踐中，在改性聚氨酯材料研發過程當中，可以嘗試以聚硅氧烷為軟段，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兩者的優勢，彰顯該改性聚氨酯涂料在表面富集性、介電性以及生物相容性方面的突出優勢，有非常大的應用空間與發展潛力。 [5]
（3）環保型聚氨酯涂料
受到環境保護要求以及整個涂料行業可持續性發展要求的影響，業內有關人員必須積極探索并研發具有環保效益的聚氨酯涂料產品，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。以粉末劑方式所呈現的聚氨酯涂料能夠具備良好的物理機械性能以及耐化學品性能，同時還表現出了良好的外形美觀性。水性聚氨酯分散樹脂材料與其他結構的聚合物材料相比存在大量優勢，且與環保要求相契合，可在水中分散，無有利的異氰酸酯，無毒性，對底材的附著力良好。水性雙組分聚氨酯涂料是由含-OH基的水性多元醇和含-NCO基的低黏度多異氰酸酯固化劑組成，其涂膜性能主要由羥基樹脂的組成和結構決定。 [5]
單組分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料，并以水為分散介質的一類涂料。通過交聯改性的水性聚氨酯涂料具有良好的儲存穩定性、涂膜力學性能、耐水性、耐溶劑性及耐老化性能，而且與傳統的溶劑型聚氨酯涂料的性能相近，應當作為環保型聚氨酯涂料非常重要的發展方向之一。而從未來發展趨勢上來看，聚氨酯粉末涂料已成為當前整個涂料領域中最為主流的發展方向之一，在各類粉末涂料乃至聚氨酯涂料中所占據的比例不斷提高。如對于汽車涂料加工市場而言，在涂料產品開發過程當中，應當以聚氨酯粉末涂料為最佳選擇與發展方向，同時通過技術創新研發的方式，研發對低溫環境有良好適應性，同時無揮發性副產物產生的新一代聚氨酯粉末涂料，該新型粉末涂料在性能上與雙組分溶劑型聚氨酯涂料有良好的相似性，可以適用于新一代汽車生產線涂料制造與加工領域，在保障涂料性能的同時，體現出了良好的環保效益，具有非常可觀的綜合效益。 [5]
PU膠粘劑
聚氨酯膠粘劑的合成是基于異氰酸酯獨特的化學性質。異氰酸酯是分子中含有異氰酸酯基團（-NCO）的化合物，該基團具有重疊雙鍵排列的高度不飽和鍵結構，能與各種含活潑氫的化合物進行反應。在聚氨酯膠粘劑領域，主要使用含有2個或多個-NCO特征基團的異氰酸酯。根據產品在光照下是否發生黃變現象將聚氨酯膠粘劑分為通用型異氰酸酯聚氨酯膠粘劑和耐黃變型異氰酸酯聚氨酯膠粘劑。 [6]
通用型PU膠粘劑
通用型異氰酸酯，即芳香族異氰酸酯是目前聚氨酯工業使用最廣泛的異氰酸酯，由于結構中與苯環相連的亞甲基易被氧化生成醌類發色基團導致材料發生黃變。常用的通用型異氰酸酯有TDI、MDI和聚甲基聚苯異氰酸酯（PAPI）等。TDI常溫下為液態，使用方便，是聚氨酯工業中最早使用的異氰酸酯。 [6]
耐黃變型PU膠粘劑
為改善通用型異氰酸酯引起聚氨酯材料黃變的現象，除使用相關助劑外，應該避免苯環共軛醌式結構生色團的產生。為此研究者們開發了許多耐黃變型異氰酸酯：如苯二亞甲基二異氰酸酯（XDI）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮異氰酸酯（IPDI）等。 [6]
PU膠粘劑改性
盡管聚氨酯膠粘劑具有優良的性能，但容易受到諸如光、熱、氧、水等外界環境的影響，降低其使用價值。隨著社會的發展，聚氨酯膠粘劑單一的性能已經不能滿足應用需求，對聚氨酯膠粘劑的改性研究已經成為熱點領域，其中物理改性和化學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膠粘劑制備過程中，通過一定條件摻雜一些填料、添加劑來改善膠粘劑性能的一種方法。石英粉與聚氨酯膠粘劑體系具有良好的相容性，對聚氨酯膠粘劑產品的拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度有明顯的提升作用。將納米氮化硼（BN）超聲分散于多元醇中，然后與MDI反應，制備用于食品包裝的聚氨酯膠粘劑薄膜。與未加納米BN的膠粘劑相比，薄膜的水蒸氣透過率降低了50%，粘接強度提高了37%，剝離強度提高7.14%。將SiO2納米纖維添加到聚氨酯基體中，發現SiO2納米纖維表面的羥基與聚氨酯形成緊密的交聯結構，提高了膠粘劑的粘接性、膠膜的硬度、拉伸強度，但也增加了膠體黏度。 [6]
（2）化學改性
化學改性是一種通過聚合物化學反應改變分子鏈上原子或原子團類型及其結合方式的改性方法，其中嵌段、接枝等是聚氨酯膠粘劑常用的幾種化學改性方法。其中高性能的環氧樹脂改性聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酯改性聚氨酯膠粘劑、有機硅樹脂改性聚氨酯膠粘劑是行業內競相開發的目標。環氧樹脂具有良好的粘接性、耐腐蝕性、高強度等諸多優點，但是韌性較差，將環氧基引入聚氨酯體系中能夠獲得性能更好的產品。硅烷改性聚氨酯膠粘劑不但能夠提高柔韌性還能避免傳統聚氨酯膠粘劑固化易起泡、對光滑基材粘接性差的缺點。 [6]
PU產品應用領域
家具行業
家具行業中，仿木材料是聚氨酯硬泡主要應用方向之一，仿木材料質量輕便且密度、強度與木材相當，使用該材料制造家具，成型后不僅不會出現裂紋，還能降低生產制造環節的成本。隨著國民環保意識不斷增強，仿木材料將會更多地應用在家具行業中，從而代替天然木在家具中的地位。 [3]
我國是世界家具生產加工大國，結合“十二五”期間家具行業聚氨酯消耗總量來看；在“十三五”期間，我國的家具行業仍是以擴大內需、拉動城市消費為主，隨著我國房地產政策不斷收緊，經濟適用房及廉租房的建設速度仍會不斷加快，我國家具行業并不會受到沖擊，民眾對聚氨酯的需求量將會以每年5%的速度增長。 [3]
建筑行業
聚氨酯硬泡時候應用在建筑保溫領域的首選材料，其結構簡單、產品壽命長、施工效率高、耐火等級較高且綜合造價低。[3] 隨著我國節能環保政策不斷落實，建筑行業在“十三五”期間將會面臨更嚴苛的考驗，聚氨酯硬泡將會廣泛應用在建筑保溫領域。此外，聚氨酯作為重要的防水涂料，普遍應用在建筑屋頂、外墻、頂板、地下室、廚衛間、道路橋梁等部位，隨著我國軌道交通和高速鐵路事業不斷發展，聚氨酯防水涂料還會普遍應用在鐵路建設領域。 [3] 目前（2015年）我國建筑行業聚氨酯消費量大約在125萬t，占據總消費量的20%，而發達國家在相同行業的總消費量為35%。結合數據分析，不難發現我國的聚氨酯硬泡在建筑行業還有很大的發展空間。 [3]
制鞋、制革行業
中國是世界鞋類產品最大的出口國和生產基地，鞋類產量占據全球總量的60%，聚氨酯（PU）材料是聚氨酯類的一種，此外，漿料主要用于制造人造革及合成革等相關產品。目前（2015年），在鞋底中所使用的聚氨酯漿液不足10%，還無法企及發達國家的平均水平。 [3]
交通運輸行業
交通運輸行業中也不乏聚氨酯的身影，其主要包括軟質、硬質、半硬質泡沫塑料，同時還包括聚氨酯彈性體、聚氨酯膠、聚氨酯密封膏及聚氨酯涂料等。一輛成型的轎車需用到的聚氨酯總量為30kg左右，高質量的聚氨酯制品在轎車中的使用量也是衡量轎車等級的重要因素之一。我國是汽車大國，無論是汽車工業制造數量或是汽車保有量都排在世界第一位。據相關數據統計，每年我國在汽車行業所使用的聚氨酯消費量將近40萬t。隨著新能源車型不斷推出，聚氨酯消費量在汽車工業中還會有更廣闊的增長空間。 [3]
除汽車工業之外，我國的冷鏈運輸行業也是聚氨酯發展的另一領域。隨著我國民眾生活水平不斷提高，越來越多的民眾對各地的鮮花、水產品需求量猛增，這就帶動了我國冷鏈運輸行業發展。冷鏈運輸行業中的運輸車，通常使用聚氨酯硬質泡沫夾芯板作為隔熱材料，同時冷庫建設過程中也需要大量的聚氨酯絕熱材料，這對我國的聚氨酯行業而言也是重大利好。 [3]
家電行業
冰箱和冰柜主要采用聚氨酯硬質泡沫作為家電的隔熱材料，該材料在同體積條件下，能夠有效增大冰箱、冰柜的內部容積，減少外部殼體材料的總用量，不僅能降低生產成本，還能減輕冰箱自重，提升隔熱性能。在我國，制造一臺標準體積的冰箱需要聚氨酯硬質泡沫重量約為6-8kg，而一臺冰柜需要大約11kg的硬質泡沫塑料。中國是冰箱制造大國，已經逐漸成為世界的冰箱研發、生產、運輸一體化基地；我國每年在冰箱制造行業所使用的聚氨酯硬質泡沫總量約為80萬t。隨著我國家電“節能減排”政策不斷落實，冰箱所使用的聚氨酯的總量將會呈現下降趨勢，各個生產制造企業將會走向“綠色環保”的發展路線。 [3]
體育行業
聚氨酯鋪裝材料廣泛應用于體育場館、公共體育場所的塑膠跑道、室內籃球場地、排球場地鋪裝建設。前些年，“毒跑道”事件持續發酵，導致整個行業處于低端、惡劣競爭狀態，很多無證經營的小企業大肆謀利；隨著我國聚氨酯工業制品質量不斷提升，聚氨酯鋪裝材料質量已經有了大幅度提升，企業不斷走向環保型鋪裝產品的道路上。 [3]
其他
聚氨酯還可用于易碎商品的包裝，特別是在一些精密儀器、工藝品、易碎品等運輸包裝中；該類制品還可以用在航空、航天、汽車制造、液化天然氣運輸車（船）制造等領域。
