聚氨酯技术工艺及行业未来趋势的立项申请

第一节  聚氨酯的简介

聚氨酯，是在大分子主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物称为聚氨基甲酸酯，聚氨酯分为聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯两大类。聚氨酯具有很多优异的性能，所以其具有广泛的用途。（立项申请）

第二节 聚氨酯的技术工艺

合成聚氨酯的反应包括初级反应和次级反应。

初级反应

初级反应包括预聚反应和扩链反应。

①预聚反应端羟基聚合物和过量的二异氰酸酯通过逐步加成聚合反应生成含有异氰酸基端基-N=C=O的低聚体的反应，反应简式为：

②扩链反应预聚体与含有活泼氢的化合物（如水、胺类和联苯胺类等化合物）反应生成取代脲基，使相对分子质量增加。扩链反应只与预聚体的端基有关，扩链反应可表示为：

次级反应

次级反应包括两种，即生成脲基甲酸酯基的反应和生成缩二脲基的反应。

①生成脲基甲酸酯基的反应体系中存在的过量的-NCO端基和主链上的氨基甲酸酯基-NHCOO-反应生成脲基甲酸酯基而交联：

②生成缩二脲基的反应体系中存在的过量的-N=C=O端基和扩链反应中形成的取代脲基-NHCONH-反应，生成缩二脲基而交联，即通过次级反应，聚合物的分子结构由线型结构变为体型结构，因此，次级反应也就是固化反应。由于反应条件不同、二异氰酸酯的种类不同、二异氰酸酯与端羟基化合物的比例不同、端羟基化合物的种类、端羟基化合物的相对分子质量不同，聚氨酯的结构有很大差别。

因此，聚氨酯的结构也很难用一个确切的结构式表示。但其大分子结构中必定有异氰酸酯端基、酯基或醚键、氨基甲酸酯基、取代脲基、脲基甲酸酯基和缩二脲基。

第三节 聚氨酯行业的特点

由于聚氨酯大分子中含有的基团都是强极性基团，而且大分子中还含有聚醚或聚酯柔性链段，使得聚氨酯具有以下特点：

①较高的机械强度和氧化稳定性；

②具有较高的柔曲性和回弹性；

③具有优良的耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火性。

由于聚氨酯具有很多优异的性能，所以其具有广泛的用途。

聚氨酯主要用作聚氨酯合成革、聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯涂料、聚氨酯粘合剂、聚氨酯橡胶（弹性体）和聚氨酯纤维等。此外，聚氨酯还用于土建、地址钻探，采矿和石油工程中，起堵水、稳固建筑物或路基的作用；作为铺面材料，用于运动场的跑道、建筑物的室内地板等。

第四节  聚氨酯行业的未来趋势

在“十一五”、“十二五”期间，随着人们生活水平的提高，对家具、服装、鞋材、家电、汽车等产品的需求旺盛，带动了我国聚氨酯投资增速，产能不断增加，聚氨酯行业经历了发展最快的十年。进入“十三五”以后，行业产能过剩问题开始显现，此时消费市场趋于平稳发展，靠新兴应用领域推动聚氨酯消费高速增长已非常困难，行业开始进入产业整合和提升阶段。

目前聚氨酯行业存在的突出问题包括：

①聚氨酯建筑保温防火。聚氨酯硬泡是目前世界上可规模化生产的、保温性能最好的材料，进入21 世纪，我国聚氨酯硬泡开始用于建筑外墙保温和屋顶保温防水。建筑保温应用被普遍看好的聚氨酯应用领域，由于火灾事故频发，所以防火对保温材料本身的要求更加严格，建筑防火设计措施越来越规范，聚氨酯硬泡在建筑保温领域的应用受到制约，特别是GB 50016— 2014 于2015 年5 月1 日实施以来，聚氨酯外墙保温市场持续下滑。

②环保。2018 年1 月环境保护部印发了《环境保护综合名录（2017 版）》，氯醇法环氧丙烷和TDI 产品被列入《高污染、高环境风险产品名录（2017 版）》，税收、贸易和金融等方面均产生一定的影响。聚氨酯合成革生产会产生含有酮类、胺类等有机物的废水，以及边角料、离型纸、包装桶、残渣等固体废弃物，如果未妥善处理，会对环境造成很大污染，鼓励水性聚氨酯、无溶剂聚氨酯和热塑性聚氨酯弹性体替代溶剂型聚氨酯树脂生产合成革。聚醚多元醇滤渣属性不明，各地环保部门管理不一，增加了生产企业的管理风险和生产成本；异氰酸酯包装桶、聚醚和聚酯多元醇包装桶的危险属性也不明朗，各个企业处置方法不同，易成为环保部门监控和处罚的对象，给企业正常的生产和管理造成极大麻烦。聚氨酯原材料价格居高不下，使聚氨酯硬泡成本远高于聚苯乙烯等其他有机材料，竞争力进一步下降；TPU价格高涨，替代PVC 等材料的步伐减缓；聚氨酯鞋材的成本陡增造成和其他替代品价差越来越大，鞋底原液消费出现下滑。

进入“十三五”，我国处于经济增长的调整期，大宗原材料价格暴涨，聚氨酯原料的价格增幅远高于一般化工产品，2016、2017 年TDI 和MDI产品是全国化工产品当中价格差额最大的化工产品，聚氨酯产品竞争力减弱，行业进入增速放缓、结构调整加快的创新和提升时期。目前聚氨酯行业要遵循高性能、高品质、环保和可持续的发展理念，重点关注以下几个方面：

①ODS 物质替代技术。聚氨酯行业的HCFCs（氢氯氟烃类）发泡剂的替代品主要包括HFCs（氢氟烃类）发泡剂和环戊烷，HFCs 类发泡剂具有偏高的GWP（温室效应潜值）且价格高，仍存在被替代的可能。新一代氟氯烯类发泡剂如三氟丙烯（LBA）、六氟丁烯ODP（臭氧消耗潜值）和GWP 较低，却存在技术保护和成本高等问题。目前我国广泛采用的HCFCs 发泡剂替代品是戊烷类发泡剂，但存在易燃易爆的安全风险，无法用在现场施工的应用领域。山东理工大学自主研发的CFA8 系列发泡剂生产技术已经通过科技成果鉴定，CFA8 系列发泡剂经化学反应释放的CO2 起到发泡剂的作用，在全水发泡和深冷保温领域效果明显；由绍兴华创聚氨酯有限公司自主开发的超临界CO2辅助水发泡的聚氨酯喷涂工艺技术，具有施工温度范围宽、产品性能稳定的特点。这2 项技术均采用CO2作发泡剂，为喷涂、板材、门业等领域的ODS 替代提供了解决方案。

②聚醚多元醇的技术进展。a. 低气味、低VOC、高性能聚醚多元醇生产技术：采用新型催化剂体系、合适的聚合工艺，生产具有相对分子质量分布窄、不饱和度低等优点的聚醚多元醇；采用适当的后处理工艺可以有效地脱除产物中的VOC，主要方法有闪蒸法、萃取法、超滤法、汽提法、添加吸附剂等；在聚醚多元醇中添加微量的稳定剂可以有效地抑制储存过程中醛类物质的产生。b. 生物基聚醚多元醇技术，包括植物秸秆基多元醇和油脂基聚醚多元醇。该类产品利用可再生资源生产合格的聚醚多元醇产品，部分甚至全部替代传统的聚醚多元醇来生产聚氨酯。c. 聚氨酯泡沫的回收再处理技术：在催化剂存在下，通过对聚氨酯泡沫的醇解，得到质量稳定的聚醚多元醇产品，可部分代替新鲜聚醚多元醇进入生产体系，可有效解决聚氨酯泡沫的回收处理难题。聚氨酯软泡、硬泡醇解后得到的聚醚多元醇。

③阻燃聚氨酯硬泡技术。聚氨酯硬泡建筑防水保温是聚氨酯应用最重要的领域之一，推广聚氨酯在建筑保温领域的应用一直以来都是行业重要的工作，由于火灾事故频发，国家制定了更加严格的法规、标准，特别是GB 50016— 2014实施以来，聚氨酯硬泡在建筑保温领域的应用下滑严重。一方面科研机构、助剂企业、生产企业要相互合作，加大研发力度生产真正符合国家标准要求的聚氨酯产品，一方面行业协会会根据企业反映，沟通国家相关部门，提出合理的意见和建议，完善标准，维护聚氨酯材料在建筑保温领域的健康应用。

④绿色合成革工艺技术。工信部、财政部（2106）217 号关于印发重点行业挥发性有机物削减行动计划的通知中，合成革行业即是重点行业之一， 要求到2018 年其VOC 排放较2015 年要减少20% 以上。传统的聚氨酯合成革生产企业要采取密闭收集系统，实现生产过程密闭化、连续化、自动化，采用密闭化负压废气收集系统，实现高效的溶剂回收，降低VOC 排放。科研院所、大专院校和企业加强合作，开发高性能水性聚氨酯树脂，先进助剂和设备企业做好服务工作，加快技术的产业化进程，鼓励合成革企业采用水性聚氨酯、无溶剂聚氨酯和热塑性聚氨酯代替有机溶剂型聚氨酯树脂，从而真正实现合成革的清洁生产。

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