《聚氨酯材料手册》 第一章 绪论

第一章绪论 在高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯基团( NHCOO)的聚合物,国际上称为polyurethane,我国某些资料译为聚氨基甲酸酯、聚脲烷等。按行业习惯,目前我国将此类聚合物通称为聚氨酯(PU)。 聚氨酯是一类用途十分广泛的合成材料,其工业化生产主要是由多元有机异氰酸酯和各种氢给予体化合物(通常如含端羟基的多元醇化合物)反应而制备的。选择不同数目的官能基团和不同类型的官能基,采用不同的合成工艺,能制备出性能各异、表观形式各种各样的聚氨酯产品。有从十分柔软到极其坚硬的泡沫塑料,有耐磨性能优异的弹性橡胶,有高光泽性的油漆、涂料,也有高回弹性的合成纤维、抗挠曲性能优良的合成皮革、粘结性能优良的胶黏剂等,逐渐形成了一个品种多样、性能优异的新型合成材料系列。随着产品应用的不断拓展,这类聚合物已成为从航空飞行器到工农业生产,从文体娱乐器械到人们日常的衣食、住、行等各个领域中必不可少的材料。因此,聚氨酯合成材料已成为近几十年来发展速度最快的材料之一。 1936年,德国化学家奥托·拜耳( Otto Bayer)及其同事们在研究异氰酸酯的加成聚合反应过程中,首先合成出含有氨基甲酸酯特性基团的化合物。在第二次世界大战期间,德国为与美国杜邦公司发明的尼龙新材料展开竞争,对有机异氰酸酯和多元醇的加成聚合反应进行了深入、系统的研究,合成出最早的氨基甲酸酯聚合物,命名为 Igamid U,并成功地制备出类似尼龙的合成纤维,取名为 Perlon U,1944年建立了第一个月产25t的小型生产装置,力图将这种合成纤维用于制造降落伞等。在进一步研究开发的基础上,相继开发出聚氨酯泡沫塑料、弹性体、涂料等产品,建成月产10t的中试生产车间。在此期间,作为技术高度保密的聚氨酯材料的基础和应用研究已在德国悄然展开,它作为一种新的合成材料纳入德国拜耳公司以后备受重视,开展了系统的理论研究、工业生产和应用研究,奠定了聚氨酯材料的基础。 与此同时,美国和日本等国的科学家也对异氰酸酯的加成聚合反应制备聚氨酯做了许多基础研究,但与德国相比差距很大。第二次世界大战以后,在对德国大量工业科技资料的消化吸收中,美国敏感地认识到这类聚合物材料的应用前景,加快了对聚氨酯材料的基础研究和应用开发工作。1947年,美国杜邦公司和孟山都公司建立了生产甲苯二异氰酸酯的试验性生产装置,合成了聚氨酯硬质泡沫塑料,并在古德伊尔航空公司和洛克希德航空公司生产的飞机上进行了使用。 促进聚氨酯工业化生产飞速发展,有三大技术上的突破。一是在1952年德国拜耳公司的科学家们成功开发出聚酯型聚氨酯软质泡沫塑料和相应的工业连续化生产装备,生产出质量小、比强度大的新型材料,奠定了聚氨酯材料大量使用的基础。二是1954年美国杜邦公司开发出聚醚型聚氨酯泡沫塑料,在多元醇基础原料方面,彻底改变了由煤化工为基础的聚酯多元醇原料体系,转向以石油化工为基础的聚醚多元醇原料体系,这类氧化烯烃的工业化生产规模大、产量高、生产工艺简单、价格低廉,使聚氨酯产品的价格大幅度下降,奠定了该类聚合物大规模推广应用的价格优势基础和拓展空间。其三,由许多相关公司陆续研制出相应的工业生产装备,开发了各种聚氨酯专用的催化剂、泡沫稳定剂等特种化学品,对聚氨酯材料工业化的飞速发展起到了“催化剂”作用。 随着对聚氨酯材料化学基础理论、工艺合成技术的不断深入研究和对聚氨酯产品应用领域的不断开拓,聚氨酯材料的消费量日益增加。许多工业先进国家竞相在这个行业中投入了大量的人力、物力、财力。20世纪50年代以来,有关聚氨酯的新品种、新工艺、新装备大量涌现,逐渐形成了日益成熟、完整的聚氨酯工业体系。全球聚氨酯材料的总产量在1956年仅为3600t/a,在经历50多年的发展,到2000年就已超过800万吨,且在2000年至今,聚氨酯产业仍以5%~6%的年增长速度高速发展。2010年,全球聚氨酯产量超过1600万吨。目前,聚氨酯产量列于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和酚醛树脂之后,位居第六位。 为适应日益增长的聚氨酯材料生产和应用的需要,聚氨酯的基础原料,如有机异氰酸酯、聚多元醇及各类配合助剂都获得了长足的发展,许多大公司相继建立了万吨级,甚至几十万吨级的大型工业装置,截止2005年,聚氨酯主要原料之一的有机异氰酸酯的生产能力达到548万吨,其中甲苯二异氰酸酯(TD1)的生产能力约184万吨,4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDD的生产能力约为364万吨。作为聚氨酯另一类主要原料的聚氧化丙烯醚二醇,2005年统计的生产能力已达到近150万吨。详见表1-1 随着聚氨酯工业的发展,许多公司相继生产有关聚氨酯材料的特种化学品和加工机械。例如气体化学品( Air Products)公司生产的系列催化剂,高施米特( Waldschmidt AG)公司生产系列表面活性剂,以生产各种特种助剂的汽巴嘉基( Ciba-Geigy)公司等。有关聚氨酯产品生产装备的公司也很多,如亨内基( Hennecke)公司、德士玛( DESMA)公司康隆( Cannon)公司、卡士马( Cusmer)公司等。 为更好地协调、促进聚氨酯工业的发展,1971年美国成立了聚氨酯生产者协会PMA-Polyurethane Manufactures Association),在世界范围内协会成员一百多家(附录1)。1972年成立了国际异氰酸酯协会(L.L. L.-International Isocyanate Institute),这些聚氨酯行业协作组织,广泛组织、开展聚氨酯技术交流、研讨、展览会、信息发布以及协调聚氨酯产品开发、成果应用推广,制定有关聚氨酯行业安全生产、运输、环保卫生等相关规则。 我国聚氨酯工业起步较晚。1966年前后,化工部太原化工研究所(现名山西省化工研究院)、中国科学院(北京)化学研究所、江苏省化工研究所(现名江苏省化工研究所有限公司)等科研单位相继开展了聚氨酯合成材料的研究,同年大连染料厂开展了甲苯二异氰酸酯(TDD)的试制工作,并于1968年建立了我国第一个合成甲苯二异氰酸酯的中试车间此后太原化工厂和长风化工厂、大连染料厂,常州有机合成化工厂等单位相继建设了异氰酸酯小规模生产和试验装置,在此期间,江苏南京塑料厂也开始了聚氧化丙烯醚二醇的研究和中试生产。与此同时,我国从维肯( Viking)公司首次引进了3套聚氨酯软质泡沫体生产线,分别装备了上海、北京和山西阳泉3个塑料厂。至此,初步形成了我国聚氨酯材料研究,生产的基础。 改革开放以来,随着国民经济的全面发展,聚氨酯工业也呈现出蓬勃发展态势。在此期间,我国有计划地引进了聚氨酯原料和后加工的装备,相继建立了主要原材料配套生产基地。聚醚多元醇的生产能力从20世纪70年代的几千吨猛增到2000年的36万吨,异氰酸酯的生产能力也得到了大幅度提升。1962年我国TD的设计生产能力仅为500t/a,粗品MDl也仅有200t/a的产能。到2000年,我国异氰酸酯生产能力合计约为8万吨。进入21世纪,我国经济取得了世人瞩目的高速发展。为适应我国聚氨酯材料的巨大需求,在国内相关聚氨酯原料生产企业相继扩建,新企业不断加入的同时,国外著名的化工巨头也看好中国这一巨大市场,相继在我国建设世界级规模的原料生产工厂和聚氨酯材料生产工厂,有力地推动了我国聚氨酯工业的快速发展,同时也使得我国成为全球聚氨酯行业发展最快的国家。见表1-2。 从表1-2中,我们可以看出:我国正在成为聚氨酯工业发展最快的国家,在聚氨酯主要基础原料和部分产品领域方面已经成为名副其实的聚氨酯大国,但是,我们也应该清醒认识到:大国并不等于是强国。虽然我们在MDI、TDI生产上已成为全球第四个具有自主知识产权的国家;虽然我国人口基数庞大而在某些产品消费数量上最多,但这并不能意味着我们就是聚氨酯强国。我们与世界聚氨酯强国相比,差距仍十分明显:许多工艺的核心技术我们尚未掌握;基础研究、生产装备、辅助配合剂等仍十分薄弱;产品研发创新能力不足且分散;行业布局不尽合理,体制和机制、行业标准等尚不够健全;生产企业虽多,但普遍存在生产规模小、产品档次低、生产效率不高等问题。针对这些问题,笔者认为: (1)应加强政府对聚氨酯行业的全面规划和指导,处理好管理和放权的关系以及行业布局问题,调动行业协会组织,充分发挥协调功能,引导聚氨酯行业向规模化、专业化方向发展,全面提升我国聚氨酯行业在国际市场上的竞争能力。 (2)合理配置我国聚氨酯行业人力资源,在进一步解放思想的思路下,提倡“上浮”和“下沉”的做法。对于专业科研单位、大专院校,要“上浮”,即眼界要开阔,要瞄准国际聚氨酯行业动态,跟踪国外最新发展趋势,了解技术进步动态,做好情报收集、分析、汇总工作,适时地为我国聚氨酯行业提供赶超世界先进水平的基础情报信息。对于产品生产企业来讲,应该“下浮”,即力戒浮躁、盲目扩张,要认真学习国外先进的企业管理理念,力争在某个领域、某类产品上做到出精品、创名牌,提高企业市场竟争、生存能力。 (3)要充分发挥专业科研单位、大专院校及企业的研发力量,政府机构和行业协会应协调组织科研力量和资源,对基础性和有重大影响的项目进行联合攻关,争取在一些高新技术方面,取得更高的起点。

感谢楼主的分享。