聚氨酯热塑性弹性体市场前景广阔

王方

新材料、化工、节能环保

  • 2019-06-28
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聚氨酯热塑性弹性体是近年来需求增速最快的热塑性弹性体材料,本文介绍了聚氨酯热塑性弹性体的分子结构、性能,分析了聚氨酯热塑性弹性体的市场前景。

摘要:聚氨酯热塑性弹性体是近年来需求增速最快的热塑性弹性体材料,本文介绍了聚氨酯热塑性弹性体的分子结构、性能,分析了聚氨酯热塑性弹性体的市场前景。

热塑性弹性体(TPE)已经广泛替代部分塑料和传统橡胶,极具发展前景,拥有十几个品种,其中以聚氨酯热塑性弹性体(TPU)发展最为快速。

聚氨酯材料简介

聚氨酯,简称PU,是以异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物为原料,加聚后制得的主链上含有重复氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的一类大分子聚合物,聚氨酯大分子中除了氨基酸酯外,还可含有醚、酯、脲、缩二脲、脲基甲酸酯等基团。

聚氨酯被称为“第五大塑料”,是一种新型有机高分子材料,与传统的橡胶、塑料和金属材料相比,聚氨酯产品具有明显的性能优势(见表1),卓越的性能使其在众多国民领域得到广泛应用,包括化工、纺织、轻工、电子、建筑、建材、航空、航天、国防、汽车、医疗等,已经成为传统材料的理想替代品。

表1 聚氨酯材料与其他材料性能对比

(资料来源:中国产业发展研究网)

通过改变聚氨酯的配方和原料的种类、规格指标、化学结构,可以得到不同物理性质的聚氨酯产品。聚氨酯制品种类繁多,包括聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯弹性体、聚氨酯涂料、聚氨酯密封剂、聚氨酯粘合剂、聚氨酯纤维、革用聚氨酯等。

TPU性能全面,应用范围广

热塑性弹性体是指常温下具有橡胶的高弹性,高温下具有可塑化成型的一类弹性体。热塑性弹性体由化学键组成不同的橡胶段和树脂段,橡胶段(软段)是高弹性链段,贡献弹性;树脂段(硬段)凭借链间作用力形成物理交联点,物理交联随温度的变化呈现可逆变化,显示塑料加工特性。这种独特的结构赋予其硫化橡胶的物理机械性能和热塑性塑料的工艺加工性能,是介于橡胶和树脂间的一种新型高分子材料,被称为“第三代橡胶”。

TPU是热塑性弹性体材料的一个分支,是典型的多嵌段共聚物,是由甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯甲烷二异氰酸酯二异氰酸酯(MDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段(硬段),以及TDI或MDI等二异氰酸酯分子和大分子多元醇反应得到的柔性链段(软段)交替构成的。刚性链段主要影响TPU的机械性能、耐热性和硬度等;柔性链段影响TPU的耐低温性、弹性等,刚性链段和柔性链段的嵌段结构使TPU具备多种优良的性能,与通用的橡胶和塑料材料相比,TPU具有良好的机械性能、耐高温和耐低温性能、可塑性、透明性能,且硬度范围广、可设计性强,环保性能优越,既具备工程塑料的高强度,也具有橡胶材料的高弹性。

由于TPU具有热塑性,高温下分子链会软化并流动,冷却后即恢复原来的排列状态,因此TPU可以被加工成各种形态的制品。根据产品类型、性能的差异,TPU的用途也有所不同,具体见表2。

表2 聚氨酯热塑性弹性体的应用

(资料来源:前瞻产业研究院)

TPU近年来需求增速最快,市场前景广阔

TPU的发展给传统的塑料材料尤其是PVC(聚氯乙烯)带来很大冲击,PVC在生产过程释放剧毒的二噁英,PVC产品本身有致癌作用且回收利用较为困难,对人类健康和环境都有害。与PVC相比,TPU性能优异,是一种环保绿色的新型高性能弹性材料,目前TPU在任何PVC的应用领域均能成为其替代品,应用市场从传统的鞋类开始拓展到医药、航空、环保等前景较好的行业,TPU已成为近几年需求增长最快的热塑性弹性体材料。全球对TPU的需求日益增长,年均复合增长率约为10%,全球市场容量可达70万吨。近年来,我国TPU的消费量总体上也保持逐年增长趋势(见图1 ),预计到2022年我国TPU消费量将达到64万吨。

图1 2005-2022年我国TPU市场消费量及预测(单位:吨)

(资料来源:前瞻产业研究院)

结语

TPU分子结构存在一定的物理交联,是介于塑料和橡胶之间的一类环保型高性能弹性材料;TPU具备多种优异性能,应用范围广泛,具有环保优势,在任何领域均能替代传统的PVC材料;近年来TPU的需求增长迅速,市场前景广阔。


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