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水性聚氨酯材料发展潜力巨大

[ 2006-07-03 ] 来源于: 中国化工信息

    以水为介质的高环保、低消耗的水性聚氨酯材料(PUD)正日益受到市场青睐。近5年来,世界PUD消费保持6.3%以上的年均增速,约为全球GDP增速的2倍。2001年全球PUD消费量已突破25万t,预计2006年将突破34万t。其中,美洲、欧洲(中东、非洲在内)和亚太地区消费量将分别从2001年的12.1万t、9.0万t和4.0万t增至2006年的15.5万t、12.0万t和6.5万t(以干树脂计),年均增长率分别为5.1%、6.0%和10.2%。
    国外PUD合成技术及应用发展较为成熟。在汽车涂料、皮革涂饰剂、胶粘剂等领域,PUD产品已接近或达到溶剂型产品水平,正在向开发新功能、实现规模生产等方向转变。
    2005年我国PUD产能约为2.5万t/a,产量2.1万t,消费量达到4.15万t(以干树脂计),近3年我国PUD消费量年均增长率超过15%。目前我国有PUD科研、生产单位100多家,产能在1000t/a以上的超过10家,但高档PUD产品仍多数来源于国际著名公司。
    目前,我国PUD消费结构中,皮革涂饰剂占总消费量的50%左右,涂料领域的消费量仅占33%而发达国家PUD消费则以建筑涂料、木器涂料和汽车涂料为主体。有报道称,日本及美国PUD水性胶的市场份额已和涂覆材料相当。可以看出我国主要的PUD消费市场尚未真正启动,市场潜力巨大。
PUD皮革涂饰剂——初具规模
    1.已实现一定规模的工业化生产  皮革涂饰剂用以修饰和保护成革,经PUD涂饰的皮革产品表面物性和美学感观都非常优秀,可显著提高成革的附加值。 20世纪90年代,安徽大学、丹东轻化工研究院、成都科技大学(现四川大学分部)等的PUD技术成果都先后被转化。目前我国已有多家企业生产PUD皮革涂饰剂,如安徽大学科招精细化工厂产能约4000t/a,安徽安庆月山化工厂产能约4000t/a,浙江东化公司产能约6000t/a,扬州神龙化工厂产能约1000t/a,浙江三门PU制品厂、河南开封树脂厂、上海皮革化工厂等产能均在300~500t/a。台湾宏麟华行在嘉兴投资建厂,生产包括PUD产品在内的皮革化学品。2004年4月斯塔尔精细涂料(苏州)有限公司在苏州新区成立,主要研发、生产皮革涂饰剂。据不完全统计,2005年我国PUD皮革涂饰剂消费量超过6万t(实物量),其中20%左右仍为国际知名公司的产品。
    2.高端产品市场占有率低  国内80%以上的PUD为通用型产品,因产品性能一般,已失去最初的优势。例如国产软性PUD的价格已从最初的18元/kg降至6~8元/kg,毛利润也从500%降至不足50%,企业效益严重下滑,而国外同类产品如拜耳公司10UD和STAHL的PU-3989等,目前市场价仍在30~40元/kg,主要应用于高端市场。近年国内生产出高档脂肪族PUD皮革涂饰剂,固含量25%~40%,目前市场价格在25~45元/kg。水性光油等高附加值的PUD表面处理剂一直依赖进口,每年进口量1万t以上,进口产品如FENICE的1020/1028,市场价在60~70元/kg,最高时达125元/kg,而国内同类产品市场占有率低,市场价仅40~50元/kg。
    3.行业竞争力不足  国内企业主要采用丙酮法生产PUD皮革涂饰剂。丙酮法产品聚合完全、线性相对分子质量大、反应重复性好、乳液粒子细小均匀,产品成膜柔韧性好,延伸率较大;但该法丙酮用量大,成本高,制品成膜很难达到软而不粘的效果;芳香族异氰酸酯产品易黄变;一部分企业因后处理困难、效率低不回收丙酮,造成产品气味大、固含量低(约20%);国内企业采用间歇生产方式,大多依靠人工判断反应终点或工艺硬性规定,产量低、反应重复性差、产品批次间质量不稳定,造成产品档次不高, 行业竞争力不足。国内企业盲目上马PUD项目,也造成了大量的投资浪费。虽然市场保持较快增长,但企业数目却呈几何级数上升,市场竞争也由早期的技术竞争为主转变为以价格竞争为主,行业效益明显下滑,直接影响了整个行业的技术进步。
    4.发展建议  ①开发高技术、多功能、高性价比的产品,提高行业整体技术水平;②拓宽产品应用领域,加大市场研发投入;③改进工艺和设备,推动生产数字化、规模化,提高劳动生产率,降低单位成本,如采用在线粘度控制、连续式乳化设备、薄膜真空蒸发后处理设备等;④我国作为世界制革工业中心,PUD在皮革领域的应用潜力也远未发挥,未来消费市场的增长更加令人瞩目,企业应加大对这些市场的关注力度。
PUD涂层剂——已覆盖高端市场
    近年来涂层技术在我国呈高速发展趋势。其中,PUD涂层因性能优异,发展尤为迅速。目前,采用PUD涂层剂并已市场化的产品有高档涂层织物面料(防水透湿的各种休闲装、特殊工装、羽绒服、野外帐篷)、PU人造革、合成革及牛皮二层革等。目前,我国生产PUD涂层剂的企业主要有丹东恒星精细化工有限公司、苏州金龙、嘉兴市南洋化工厂等,产能达1000t/a以上。
    1.与传统产品价差缩小
    采用普通丙烯酸树脂涂层处理后的织物经热水洗涤后易粘连,在-5℃~-10℃范围内即变硬变脆,采用PU树脂涂层处理的织物不易粘连,-30℃仍能保持良好弹性。而与另一种重要的水性涂层剂——丙烯酸乳液涂层剂(PA)相比,PUD涂层剂最大的优点是成膜后相同硬度下延伸率大,相比PA软而不粘,耐磨性、低温柔顺性也都比PA好,但价格高限制了PUD产品的发展。同样,与溶剂型PU相比,在品质相同的情况下,因PUD以水为介质,而水表面张力大、热值高、分散体黏度极小,需加入一系列助剂,使PUD涂层剂成本升高,以固含量均为30%的产品为例,芳香族的PUD固含量30%左右,其产品售价为12~15元/kg,而PU浆料售价为8.0~14.0元/kg,高档脂肪族PUD涂层剂售价30~40元/kg。近年由于丙烯酸单体原料价格居高不下,使纯丙烯酸乳液成本价格上升约50%;同样,溶剂PU浆料也因原料上涨导致成本价格猛升;PUD和它们的价差明显减小。这些都给PUD带来很大的市场机遇。
    2.消费市场不断扩大
    2005年我国织物涂层剂消费量约24万t,其中溶剂型丙烯酸树脂仍占70%以上,乳液丙烯酸树脂约占10%,PUD织物涂层剂用量超过5%,消费量约5000t/a。其中,PU树脂涂层完全占据了高档涂层织物市场,使用质量分数10%~30%的PUD掺混的丙烯酸树脂乳液涂层(PUA型水性涂层剂),应用也较为广泛;另外,共聚改性PUA(第三代PUD)的研究和应用也在不断升温。
    我国是世界最大的合成革生产国,2005年溶剂型合成革浆料消费量已超过80万t,并涌现出一大批具有代表性的企业集团,如德发集团、浙江华峰、青岛宇田、烟台华大、嘉兴禾欣和南英塑胶等。如果PUD涂层剂能取代溶剂型合成浆料的20%,其用量将超过15万t/a。
    3.发展建议
    (1)提高品质,降低成本
    目前PUD已成为市场开发热点,而PUD作为涂敷及胶粘剂产品,必须克服载体——水的不利因素,使用水性助剂,而我国助剂工业落后,只能使用价格昂贵的进口助剂,使成本居高不下,因此水性树脂的助剂国产化已经成为必须面对的问题。
    (2)加大应用技术开发  解决干燥速度慢等问题,提高生产效率,改进涂布设备使其适应水性树脂涂布要求,进一步扩大PUD的应用市场。
    (3)增加品种,适应市场需求  开发如“擦焦”、“裂纹”、“盐霜”、“牛巴”等市场前景好的水性涂饰配方。
    (4)开发微孔PUD浆料   合成革要模仿优质天然皮革的透湿性,目前国际上通用DMF水凝法,用DMF载体的溶剂型PU作为微孔浆料,在涂层膜中形成大量相互贯通的指状或蜂窝状多孔结构,孔隙直径为0.5~2?滋m(表面孔径0.5?滋m左右)的微孔。PUD取代这种PU浆料,在技术上的难点是如何控制产生均匀开放的微孔,既不污染环境,又要增加生产效率。目前有报道称英国Stahi(ICI)/NL公司采用PUD浆料盐凝聚法工艺生产微孔涂层,我国正处于研究试验阶段,一旦实现技术上的突破,才有真正意义上具有透湿功能的全水性涂层织物及合成革产品。
PUD涂料——市场远未发掘
    1.水性涂料市场整体快速增长  水性涂料一般包括水性醇酸、丙烯酸乳液以及PUD,因PUD避免了前两种及其他树脂涂料的诸多缺陷,因而极具开发潜力。在国外,PUD建筑涂料、汽车涂料、木器涂料领域的市场份额占一大部分,但国内因技术原因,这些市场才刚刚起步。
    我国涂料消费结构大致为建筑35%~40%、工业涂料35%~40%、特种涂料10%~15%、其他5%~20%。水性化程度分别是建筑涂料50%~60%、工业涂料14%~15%。2005年水性涂料产量达80万~90万t,约占涂料总量的20%。乐观估计,今后几年工业涂料(汽车、摩托车、自行车;船舶;家电、机电、五金仪器、电力设备;水泥基础;铁路机车;储油罐;集装箱)消费量将达到170万~220万t,水性涂料可达100万~130万t。其中以车辆、电器、水泥防腐涂料涂装领域的水性化发展最快。
    2.汽车工业拉动明显  世界汽车涂料年消费量在170万t以上,其中挥发性溶剂量在80万t以上,既浪费资源,又带来环境污染,因此,汽车涂料工业作为排污大户已经受到发达国家的特别关注。汽车底涂料60年代率先使用水性电泳涂料,目前水性化率在90%以上;汽车中涂料70年代开始水性化,目前水性化率已达88%;汽车面涂料80年代使用水性闪光涂料,目前水性化率已达65%。近年我国汽车工业高速发展,汽车涂料用量猛增。国内中高档汽车水性电泳底涂料也达90%,但低档车领域应用较少,与国外相比差距明显。预计2010年我国汽车涂料消费量将达50万t,汽车修补涂料(包括农用车)可达10万t,其中水性涂料应在40%以上,消费量增速应高于30%。
    3.水性木器涂料前景好  20世纪末欧洲民用涂料市场中水性涂料已占70%以上市场份额,北欧地板涂料的水性化率为80%,而欧美木器表面涂饰平均水性化率达10%~13%。在美国,用量最大的水性木器涂料为PU水分散体,年消费量已达2万t以上。我国近年开发水性聚酯涂料(即含“-NHCOO-”基团的PUD涂料)较多。据调查,水性木器涂料在国内家庭装修市场已得到一定认可,但市场上主要以国外产品为主,价格在60~100元/kg(固含量35%~50%),售价略高。PUD水性木器涂料市场尚未真正启动的原因除技术外,主要在于国内外消费习惯不同,国外木器涂料追求涂层自然,涂饰后木器看不出涂层者为上品,而国内则喜欢木器表面闪亮,涂膜丰满耐用。现有PUD木器涂料难以满足国内消费者这一要求,主要原因是水性木器涂料成膜物质——水性树脂合成技术有限,其次是涂料配方、应用技术和方法还有待改进。我国木器涂料年消耗量已达40万t以上,其中聚氨酯涂料30万t,占木器涂料的75%,其水性化率约1%,用量仅数千吨。目前国内生产PUD木器涂料的企业如紫荆花、嘉宝丽、ICI、立邦、华润集团等年销售量均在百吨左右。如果水性化率达到10%,则仅家用木器市场的PUD消费量就将达数万吨。
    PUD木器涂料的发展方向是:①降低成本,采用共聚改性技术,使原料、助剂国产化;②开发新技术,包括自交联及常温无毒后交联技术、控制VOC为零的快速干燥技术、UV固化的PUD木器涂料技术等;③开发新材料,如适合水性树脂高性价比的异氰酸酯固化剂(WDI)、高相对分子质量低粘度的高固含量树脂产品(HS 含固量60%~70%,可有效地减少有机溶剂排放,提高成品涂料的装饰性和物性)。
PUD水性胶——增长快于其他胶种
    PUD水性胶不含有机溶剂,无污染,耐水、耐老化、对材料适应性强,近5年其应用领域不断扩大,消费量年均增长18%以上,是增长率最大的胶种之一,2005年国内市场PUD水性胶市场份额已超过3%,消费量在2万t以上(实物量)。目前国内很少有专业PUD水性胶厂,多数为小型化工助剂厂,产能一般在30~50t/a,极少数超过500t/a。目前国内PUD水性胶品种有十几个,包括水溶型、水乳型、水分散型3种,其国内市场情况见表1。
其他领域
    我国是世界第四大油墨生产国。“十一五”期间我国对平版胶印油墨、网版油墨、柔版油墨、特种油墨等产品的需求仍将呈现上升趋势。随着人们对环保意识的加强,先进的醇溶性和水溶性油墨等环保油墨将呈快速增长势头。积极开发目前国内仍处于短缺和空白的聚氨酯水基油墨将给PUD行业带来机遇。其他较具开发潜力的PUD产品包括乳胶表面涂层剂、玻璃纤维集束剂和木材胶等产品,国内已开展了相关研究。
    我国已成为全球聚氨酯市场新的生产和消费中心。中国聚氨酯工业协会预测我国聚氨酯消费量在“十一五”期间年均增长率将维持在15%~20%,2010年我国聚氨酯消费量将达400万t,工业产值突破600亿元。在我国聚氨酯工业 “十一五”规划中,以水为介质的聚氨酯涂料和胶粘剂已经被列为重点发展项目。在市场和业界的大力推动下,水性聚氨酯必将获得巨大的发展。


     

     

     

       表1  我国主要PUD水性胶市场分析  

 

品种

固含量/%

消费量

消费领域/区域

运动鞋大底胶

4050

4000

福建晋江/

NIKEADDIDASBABOK运动鞋

手套脱模胶

1630

10000

塑胶手套厂/石家庄/淄博/张家港

 

真空吸塑胶

4050

20005000

木材//织物/

PVC等塑料装饰板

汽车内饰胶

2050

1000

华东、华南

 

 

6075

 

木材胶

3070

1000

 

软木胶

35

100

 

软木塞、棒、钓鱼杆

织物整理/印染胶

1535

500

华东地区为主

 

玻纤维集束胶

2030

8002000

浙江、河北、山东

 

面状拉链背涂胶

50

广东、福建、浙江

 

凹印油墨连接料

40

100

华南、华东

 

喷墨打印胶

100

华南、华东

 

织物贴合胶

30

100

 

IC卡复膜胶

2030

100

 

静电植绒胶

3050

100300

广东

 

空调机过滤网浸渍剂

20

100

江苏

 

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