热塑性聚氨酯弹性体技术与市场发展近况
(上海市聚氨酯产业发展促进中心)

                                                 黄茂松
      内容摘要:本文介绍了全球和国内TPU发展趋势。TPU已成为全球跨国公司开发的热点。介绍了TPU在国内产能和相关领域消费状况。中国大陆已是全球TPU{zd0}制造和消费中心。本文指出：汽车工业、轻纺工业、医疗行业、轮胎工业将是我国未来TPU重要发展方向。

 
关键词：TPE、PUE、TPU、TPU合金、TPU应用
 
 
一、概述
热塑性弹性体（TPE）是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料，具有橡胶和塑料的双重性和宽广的应用特性。目前TPE消费结构中，主要品种是苯乙烯类（TPS）、烯烃类（TPO）和聚氨酯类（TPU）。全球TPE消费量已达到220万t左右，我国已达到42万t左右，我国已成为全球TPE需求增长最快的国家之一。
TPU（热塑性聚氨酯弹性体）是由异氰酸酯（固化剂）、聚醚（或聚酯）大分子多元醇（构成软段主链结构）与小分子多元醇（或胺）为扩链剂（构成硬段结构）为主要成分构成的嵌段共聚体。采用不同品种原料固化剂、多元醇和扩链剂可合成出品种多样、性能各异、加工多种、用途广泛的各种TPU制品。TPU可制成高模量的特种塑料，也可制成高弹性的橡胶，可制成薄膜、也可制成纤维，这是目前TPE中{wy}能做到的一个品种。
TPU具有高强度、高弹性、高耐磨性和高屈挠性等优良机械性能，又具有耐油、耐溶剂和耐一般化学品的性能。由此决定了TPU具有多用途的特性。
近年来在全球范围内掀起了一股TPU热，其中引为注目的事件：
（1）美国路博润（LUBRIZOL）公司收购美国诺誉（NOVEN）公司。诺誉是全球知名的TPU制造商，尤其在TPUxx产品如：医疗、薄膜、氨纶和特种管材等方面，在全球占有10亿美元TPU潜在市场优势。路博润公司以18.4亿美元收购诺誉后，在美国股市引起强烈反应，美国华尔街对此成功收购给予了很高评价，收购后路博润股票一路攀升从25美元飞涨到64美元。
（2）德国拜耳（Bayer）公司收购台湾优得公司
台湾优得（Ure-Tech Co.）公司是中国台湾知名的TPU制造商，在中国大陆占有较大的TPU市场份额。2005年台湾优得TPU产品销售额为0.55亿美元。德国Bayer是全球知名的聚氨酯原料和产品大型跨国公司，其中TPU产品也是该公司强项，2005年BayerTPU产品销售额为1.92亿欧元。Bayer并购优得后，在亚太地区TPU市场将大大加强。
（3）国外跨国公司在大陆掀起TPU投资热
美国诺誉已在上海松江建成了年产5000吨TPU生产线。（一期）主要用于生产TPU薄膜等xx产品，二期将扩大到1万t/a。
德国BASF在上海浦东已建成年产5000t生产线，主要用于提供国内生产熔纺氨纶用TPU切片。
（4）我国本土TPU掀起产能扩大热
烟台万华聚氨酯股份有限公司目前TPU产能已达到2万t/a，是目前国内{zd0}的TPU生产企业。河北保定已建成年产1万t/aTPU生产线。福建晋江已建成年产7000t/a生产线。江苏南通拟建万吨级TPU生产线。上海联景已扩产成6000t/a生产线。
台湾三晃、高鼎、日胜等台资企业，也纷纷在中国大陆扩建TPU生产线。目前国内TPU已形成大陆产品、台湾省产品、欧美产品三足鼎立的局面。
我国TPU的快速发展已成为TPE和PUE（聚氨酯弹性体）的一个亮点。2006年全球TPU消费量为26.5万t左右。其中美国6万t、西欧8万t、日本1.5万t、中国大陆11万t。中国大陆TPU消费量已接近全球消费量的一半。
2006年我国TPU主要消费领域：其中鞋材4.24万t、胶粘剂1.6万t、管材1.5万t、薄膜1万t、合成革0.78万t、熔纺氨纶0.4万t、工业用轮0.42万t、电缆0.36万t、其它0.5万t。目前中国大陆TPU产能已达到12万t/a，中国台湾TPU产能已达到4万t/a。中国已是全球TPU{zd0}制造和消费中心。
 
 
二、TPU主要应用领域
1、TPU鞋材：TPU鞋材占到目前国内TPU市场份额的40%左右。PU鞋材优点是：轻便、舒适、弹性好、品种变化多、加工方便、又可回收是PU鞋材的发展方向。包括运动鞋、登山鞋、滑雪鞋、高尔夫球鞋、野战鞋、溜冰鞋、鞋饰片、气垫、鞋底充气垫或充液垫，后跟底和鞋大底、透明鞋帮、标牌等。
我国鞋材制造商主要集中在广东、福建和浙江。广州、晋江、温州、成都是目前国内四大鞋都。
2、TPU管材：TPU管材占到目前国内TPU下游市场20%左右。其中TPU软管是主要产品形式。TPU软管具有弹性好、耐磨损、耐油、柔软、耐老化等性能。TPU软管根据其不同用途可做成低压软管和钢丝或纤维增强的高压软管。如输水管、输气管、输油管、空压管等，TPU软管可广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、石化设备、液压设备、气动设备、电缆护套、仪器仪表、食品设备、飞机、坦克等领域。
TPU管材也可做成多种用途和多种规格的棒材。
3、TPU薄膜：TPU薄膜具有其它塑料和橡胶无法比拟的高强度、高韧性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、环保xx、可降解等优良特性；又具有防水透湿、防风、防寒、xx、抗紫外线等优异性能，可应用在众多工业和民用领域。是一种绿色薄膜，是取代PVC薄膜的理想替代品。
 
 
 
表（一）TPU薄膜与其它聚合物材料性能比较

	TPU薄膜	PVC	LDPE	xx橡胶	氯丁橡胶
硬度	70-97A	40-90A	90-95A	30-95A	40-95A
比重	1.1-1.3	1.3-1.4	0.9-1.0	0.9-1.5	1.2
断裂延伸率（%）	400-600	200-400	200-600	100-800	100-700
抗拉强度Psi	4-10	1-3	1-2	1-4	1-3
耐低温性	优	较差	良	优	良
耐摩擦性	优	一般	差	良	良
抗撕裂性	优	一般	差	良	良
耐油性	良	较好	一般	差	较好
耐臭氧性	优	优	优	差	良
耐水性	优	良	优	良	良
可热封性	可	可	可	否	否
可热合性	可	可	可	否	否
可溶剂粘合性	可	可	可	否	否
可超声波焊缝性	可	可	可	否	否

由表（一）可知：TPU薄膜综合性能，明显优于一般通用塑料和橡胶制作的薄膜。
    主要应用领域：
（1）鞋材：TPU薄膜与多种面料复合，做成具有防水透气功能的鞋面面料，也可做成装饰面料。此种薄膜一般采用流涎设备制造。
（2）服装：TPU薄膜与多种面料复合，可做成具有高弹性、高强度、又有防水透湿功能的多种复合面料。广泛应用于做休闲服、防晒服、内衣、雨衣、风衣、T恤、运动服等面料。TPU薄膜与涤纶、针织布复合，可做成具有抗病毒、透湿、抑菌、柔软功能的生物防护服，在医院具有广泛的应用价值。此种薄膜一般也采用流涎法制造。
（3）工业领域：TPU薄膜用于防火、隔热、隔音材料。装璜包装、食品包装；椅套、气球广告等；防水贴条、压缩封垫、传动皮带、绝缘板等。
 
（4）夹层安全玻璃：TPU取代传统PVB作为安全玻璃的中间层，广泛应用于高层建筑玻璃幕墙和汽车用安全玻璃。
（5）其它：医疗输血袋，取代目前具有毒性的PVC输血袋。女人文胸吊带；银行芯片等。
    目前国内TPU薄膜市场年消费量1万t左右，xx用途TPU薄膜以进口为主。
4、TPU密封复合材料：TPU密封复合材料主要用途制作充气囊体。充气囊体已广泛用于国防军工和民用领域，此种材料是由TPU与纤维织物复合而成。该材料比普通橡胶和PVC具有无可比拟的抗拉强度。优良的机械性能如：抗撕裂强度、耐磨和耐低温屈挠性能。还具有良好的耐油、耐老化性能，是一种环保型材料。
表（二）TPU复合材料与其它橡胶复合材料性能比较

材料品种	TPU	xx橡胶	HR 丁基橡胶	CR 氯丁橡胶	CSM 氯磺化聚乙烯	PVC
邵氏硬度	30A~80D	30~95A	20~90A	20~90A	50~95A	40~90A
密度/g·cm-3	1.1~1.25	0.9~1.5	0.91~0.93	1.23	1.1	1.3~1.4
抗拉强度/Mpa	29.4~55	6.89~27.56	6.89~20.67	6.89~27.56	6.89~19.29	9.8~10.6
伸长率/%	300~800	100~700	100~700	100~700	100~500	200~400
耐磨性	优	一般	良	一般	良	一般
耐低温屈挠性	优	优	良	良	差	差
耐油性	优	差	差	良	一般	一般
耐水性	良	良	优	良	良	良
耐天候性	优	差	优	优	优	一般
可高频焊接性	可	否	否	否	否	可

由表（二）可知：TPU密封复合材料综合性能明显优于其它橡胶
TPU密封复合材料的主要应用领域：（1）充气床垫和医疗褥疮床垫。（2）xx椅囊体材料：该领域此种材料应用已遍及。（3）海上作业用橡皮船和充气艇囊体材料：该领域已逐步取代PVC和氯丁橡胶。（4）起重气囊材料：TPU材料的抗拉强度为橡胶材料的3倍左右；耐磨是橡胶的3-10倍，所以用此种材料做的起重气囊，可承受更高的重量和压力，具有很大的实用价值。（5）xx和民用xx囊体材料：选择高性能TPU组成的囊体材料，对xx的性能和生命力具有十分重要作用。
 
TPU密封复合材料还可做成防水、透湿面料服装，软体储运容器材料，工业防护服装和工业运输皮带等。
TPU密封复合材料，在国内一些领域已得到应用。在xx领域有较大的发展前途。
  
5、其它：（1）滚轮：包括工业用滚轮、电梯轮、家用滚轮、运动器材轮、医疗器材轮、玩具轮等（2）合成革：包括TPU鞋革、球革、太空革、服装革和箱包革等（3）工业用品：包括胶粘剂、密封件、装饰条、印刷丝网、编织筛板、传送带等（4）电缆：包括电力电缆、通讯电缆、海底和石油勘探电缆、护套、光导纤维内外护套等（5）商标、动物标签等。
 
 
 
 
 
三、TPU发展前景
1、TPU在我国汽车工业上应用
汽车工业是TPU未来重要发展领域。TPU可用于汽车车体中多种构件。利用TPU的减震性、韧性、耐磨性可制成轴衬、轴瓦、轴套、减震器和减震垫等。利用TPU的弹性、弯曲性、耐疲劳、耐油脂可制成管类和护套类，如输油管、电缆绝缘外套、传动皮带和薄壁油箱。利用其密封功能，抗切割性可制成垫圈、垫板、垫片和安全玻璃。利用其尺寸稳定、冲击强度高和良好的涂层特性，可制成保险杠、仪表板、门板和安全气囊。
目前TPU在我国汽车工业上应用，年消耗量1万t左右。我国到2010年汽车产量达到1000万辆，保有车达到5000万辆。到2010年我国汽车工业对TPU年需求量大致3-4万t。随着汽车工业向轻量化、节能化、舒适化和安全化方向发展，TPU在汽车上作用将越来越大，应用前景越来越宽广。
2、TPU在轻纺工业上应用
TPU在轻纺工业上用途很广，除用作鞋材、合成革和TPU薄膜复合面料外，TPU切片用于制造氨纶化纤是一个重要应用领域。氨纶（莱卡）是一种弹性纤维，和棉、毛、腈纶、涤纶等混纺成纱线，可制成紧身衣、运动衣、内衣、毛衣、弹力裤料、袜类等弹性衣料，是目前国内外已流行的一种xx化纤材料。国际上制造氨纶工艺主要两种：干法和熔纺法，熔纺法比干法具有不含有毒溶剂，制造成本低等优势，是氨纶的未来发展方向。TPU切片是制造熔纺氨纶的基础原料，目前国内TPU切片基本上由德国BASF公司垄断，价格昂贵，售价5万元/t。随着我国TPU技术不断发展和完善，TPU切片国产化必将得到实现。预计未来几年，我国TPU切片市场需求将达到5万t/a。据悉国内正在掀起一股TPU切片和熔纺氨纶投资热。（目前20D熔纺氨纶丝售价12万元/t）由此将推动我国纺织化纤工业的快速发展。
3、TPU在医疗器件行业上应用
TPU材料与人体组织有良好的生物相容性和血液相容性。（优良的抗凝血性能）以及TPU还具有以下特性和优势：（1）{zy1}的透明度（适于观察）（2）{jj1}的抗霉性、抗xx性及抗藻性（3）低萃取性（优于PVC）（4）无过敏反应（5）可进行射线、环氧乙烷及干热xx。因此TPU已作为一种优良的医用材料。按其用途可做成：人工心脏瓣、人工肺、人工皮肤、心脏起博器、气管、插管、导液管、导尿管、介入导管、连通管、旋塞阀、抗穿刺薄膜、骨科矫形器、绷带、腹带等。目前国际上医疗级TPU售价10万元-20万元/t。TPU在医疗器件应用上前景十分广阔。
4、TPU在轮胎工业上应用
传统橡胶轮胎生产过程十分复杂，设备投资也大，生产过程又长。近来美国一家公司生产TPU轮胎xx取消了传统工艺，采用旋转注塑工艺，声称3分钟就可以生产一个新轮胎。若建100万个/a轮胎生产线投资需500万美元，比传统工艺投资节省，此种轮胎工艺生产效率大大提高，由此成本将会降低。此种工艺一旦技术成熟，实现了工业化生产，将是轮胎工业上一场革命。TPU还可用于制造翻新轮胎。
5、TPU新材料与新技术
近年来国内外对TPU共混技术的研究十分活跃，即在TPU中掺杂与之相容的廉价塑料，从而达到降低成本，改善特殊要求性能目的。也可将TPU作为一种弹性体聚合物改良剂，从而获得综合性能优良的共混物。
（1）TPU/PVC合金
TPU/PVC合金可明显提高PVC伸长率（可代替有毒性的DOP增塑剂）扩大了PVC应用领域。近来报导反应性共混技术制备TPU/PVC合金。首先将PVC溶解在制备TPU的原料二元醇中，随后加入异氰酸酯进行原位聚合，形成TPU/PVC合金，性能优于一般的TPU/PVC共混合金。
（2）TPU/POM（聚甲醛）合金
TPU/POM合金，可明显改善POM缺口冲击强度，从而扩大了POM的应用领域。
（3）TPU/PC（聚碳酸酯）合金
TPU/PC共混合金可改善PC的韧性、应力开裂性、缺口敏感性、耐溶剂、耐化学品性；同时可降低PC的成型加工温度。扩大了PC的应用领域。
（4）TPU/ABS合金
采用TPU/ABS合金可改善ABS的冲击强度与耐磨性。美国DOW氐公司采用TPU/ABS合金用于汽车保险杠和纺机配件。
（5）TPU/PBT合金
TPU/PBT合金可明显改善PBT的拉伸屈服强度和缺口冲击强度。
（6）TPU/TPO合金
日本本田汽车公司已成功地开发成TPU/TPO合金材料，从而改善了TPO的耐磨和抗撕裂性能，已成功地用于汽车底板。
（7）IPN-TPU新技术
在TPU加工成型过程中加入某种反应性成分，在热塑成型之后，通过后熟化产生局部交联，形成TPU互穿网络聚合物（IPN-TPU）从而达到提高TPU某些特殊要求性能。
四、结论
1、全球正掀起一股TPU并购热和在中国大陆投资热。目前国内TPU已形成大陆产品、台湾省产品、欧美产品三足鼎立的局面。
2、国内TPU产能12万t/a左右，消费量11万t/a左右，中国大陆是TPU全球{zd0}的制造和消费中心。
3、国内TPU主要消费领域：鞋材、管材、胶粘剂、薄膜、工业滚轮、熔纺氨纶、合成革和电缆等。
4、汽车工业、轻纺工业（熔纺氨纶、TPU密封复合材料等）、医疗行业、轮胎工业是TPU未来生果发展方向。
5、TPU与塑料、橡胶和其它弹性体构成的合金，将是降低TPU成本、改善合金性能、扩大应用领域一条行之有效的技术途径，值得加强开发。
6、TPU合金原位聚合和互穿网络（IPN-TPU）新技术对提高TPU性能、扩大用途具有较大实用价值，值得探索研究。
五、参考文献：略
六、注释
1、感谢中国PU工业协会弹性体专业委员会宫涛主任对本文的支持。
2、作者简历：研究员，1960年毕业于北京大学化学系，一直在航天系统42研究所工作。现担任上海市PU产业发展促进中心总工，被上海市新材料协会聘任为特约专家。