聚氨酯材料的生產(chǎn)已經(jīng)遍及整個北美地區(qū)。據(jù)悉,北美聚氨酯泡沫市場總體的年均增長率有望達(dá)到6%左右。估計截止2020年,增長領(lǐng)域主要集中在住宅及工業(yè)中噴涂聚氨酯泡沫應(yīng)用的市場中,以及軍事應(yīng)用等。此外,聚氨酯還將被應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè),對傷口進(jìn)行及時有效的處理。
聚氨酯彈性體由于其結(jié)構(gòu)具有軟、硬2個鏈段,因此可以通過對分子鏈的設(shè)計,賦予材料高強度、韌性好、耐磨、耐油等性能,被稱為“耐磨橡膠”的聚氨酯同時具備了橡膠的高彈性和塑料的剛性。
聚氨酯纖維塑料
2015年,氨綸市場整體價格一路下跌,各規(guī)格氨綸絲的價格都已跌至歷史低點,甚至已經(jīng)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(dá)到25.47%,創(chuàng)造了周期內(nèi)的歷史新低。 [4]
從產(chǎn)業(yè)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(jīng)濟大環(huán)境的持續(xù)不景氣,下游制造領(lǐng)域產(chǎn)銷不旺盛,供大于求,壓貨嚴(yán)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(dǎo)致行業(yè)利潤下降。新智能產(chǎn)能不斷釋放,造成供應(yīng)過剩,更是令氨綸市場受到強烈沖擊。再加上氨綸下游產(chǎn)業(yè)資金緊張,產(chǎn)業(yè)鏈的惡性循環(huán),令2015年1~11月中國氨綸進(jìn)口量暴跌,供需矛盾,已經(jīng)成為氨綸價格下跌的硬傷。
中國自20世紀(jì)50年代開始展開對聚氨酯涂料的研發(fā)與應(yīng)用工作。隨著社會大眾物質(zhì)生活水平的不斷提升與改善,有關(guān)汽車加工、家具制造加工、石油化工、機械工業(yè)、橋梁船舶等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度不斷提升,聚氨酯涂料憑借其的性能優(yōu)勢,開始進(jìn)入快速發(fā)展的全新階段。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,自1980-2004年期間,各個行業(yè)領(lǐng)域中有關(guān)聚氨酯涂料的使用量呈現(xiàn)出了非??焖俚陌l(fā)展趨勢,聚氨酯涂料總使用量實現(xiàn)了自0.17萬~20萬t的突破式發(fā)展,聚氨酯涂料產(chǎn)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(lǐng)域中的第四大品種,并且這一發(fā)展趨勢延續(xù)至今,其產(chǎn)量以及使用范圍仍然保持著非常快速的發(fā)展趨勢。
從聚氨酯涂料研發(fā)應(yīng)用的角度上來說,為主流的仍然表現(xiàn)為雙組分聚氨酯涂料,它在木器家具涂裝等領(lǐng)域中應(yīng)用范圍不斷擴大與提升。除此以外,單組分聚氨酯涂料仍然在汽車加工、地下室防水等領(lǐng)域中有著非常強的應(yīng)用優(yōu)勢,此類涂料以聚氨酯為主要材料,在各類色漆以及清漆生產(chǎn)中有著非常好的應(yīng)用價值。新研發(fā)丙烯酸聚氨酯漆選用縮二脲作為固化劑,在汽車修補用漆中的應(yīng)用價值相當(dāng)可靠。尤其對于輕型汽車、大型客車以及面包車而言,車輛加工中的涂裝功能非常值得肯定,市場前景相當(dāng)可觀。在丙烯酸聚氨酯涂料基礎(chǔ)之上研發(fā)的多類新型聚氨酯涂料還可以在其他制造加工領(lǐng)域中發(fā)揮應(yīng)用價值,以滿足家電、火車等加工物對加工質(zhì)量所產(chǎn)生的要求。
對于較為單一的聚氨酯涂料而言,在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用過程當(dāng)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(fā)改性聚氨酯涂料的方式,以提高其性能水平。當(dāng)前技術(shù)水平下,聚氨酯材料可以適用的改性方式包括兩種類型:種是通過化學(xué)方法干預(yù)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(yù)的方式,將特性互補的兩種或兩種以上樹脂材料進(jìn)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、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(yōu)勢,在聚氨酯涂料改性加工中有著非常好的應(yīng)用價值。Bayer公司率行了聚氨酯粉末涂料的基礎(chǔ)研究和開發(fā),成功研制了封閉的異氰酸酯交聯(lián)體系,常用的是己內(nèi)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(fā)性副產(chǎn)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(jié)合,應(yīng)用適當(dāng)方法進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域而言有非常確切的價值。同時,聚硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為特殊,表現(xiàn)出的穩(wěn)定性、生物相容性、電絕緣性以及耐高低溫性。自20世紀(jì)40年代開始被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)實踐中,在改性聚氨酯材料研發(fā)過程當(dāng)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,以聚氨酯以及聚硅氧烷兩者的優(yōu)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優(yōu)勢,有非常大的應(yīng)用空間與發(fā)展?jié)摿Α?[5]
通用型異氰酸酯,即芳香族異氰酸酯是目前聚氨酯工業(yè)使用廣泛的異氰酸酯,由于結(jié)構(gòu)中與苯環(huán)相連的亞甲基易被氧化生成醌類發(fā)色基團導(dǎo)致材料發(fā)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(tài),使用方便,是聚氨酯工業(yè)中早使用的異氰酸酯。
盡管聚氨酯膠粘劑具有優(yōu)良的性能,但容易受到諸如光、熱、氧、水等外界環(huán)境的影響,降低其使用價值。隨著社會的發(fā)展,聚氨酯膠粘劑單一的性能已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需求,對聚氨酯膠粘劑的改性研究已經(jīng)成為熱點領(lǐng)域,其中物理改性和化學(xué)改性是主要的改性方法。
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(chǎn)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(yīng),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(fā)現(xiàn)SiO2納米纖維表面的羥基與聚氨酯形成緊密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),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]
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