Polyurethan ist ein wichtiger neuer chemischer Werkstoff. Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften und vielfältigen Einsatzmöglichkeiten gilt er als der fünftwichtigste Kunststoff. Von Möbeln und Bekleidung über Transportwesen, Bauwesen, Sportartikel bis hin zur Luft- und Raumfahrt sowie dem Verteidigungssektor – die allgegenwärtigen Polyurethan-Werkstoffe sind innovative Vertreter neuer chemischer Werkstoffe und eine wichtige Stütze für den Aufbau einer starken Nation.
Nach über 20 Jahren rasanter Entwicklung der Polyurethan-Rohstoffindustrie hat sich der Fokus von der Quantität auf die Qualität verlagert. Die Produktionstechnologie und -kapazität von Isocyanaten zählen weltweit zu den führenden. Die Branche befindet sich in einer Phase des Technologie- und Qualitätswachstums. China ist heute der weltweit größte Produktionsstandort für Polyurethan-Rohstoffe und -Produkte und gleichzeitig die Region mit dem umfassendsten Anwendungsspektrum von Polyurethanen.
Als wichtiger Zusatzstoff für Polyurethane reagieren Polyurethan-Expansionsmittel mit funktionellen Gruppen der Polymerkette, um diese zu erweitern und das Molekulargewicht zu erhöhen. Sie sind ein unverzichtbarer Rohstoff für die Herstellung zahlreicher Polyurethanprodukte. Bei der Synthese von Polyurethanmaterialien bewirken Polyurethan-Expansionsmittel zwei chemische Reaktionen: Expansion und Vernetzung. Dadurch werden leistungsstarke und hochwertige Polyurethanmaterialien hergestellt, die beispielsweise die Zähigkeit, Elastizität und Reißfestigkeit der Produkte verbessern. Zudem erhöhen sie die physikalisch-chemischen Eigenschaften wie Temperatur-, Öl-, Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit.
I. Rolle und Klassifizierung von Polyurethan-Kettenexpandern
Polyurethan-Expansionsmittel sind niedermolekulare Amin- und Alkoholverbindungen mit zwei funktionellen Gruppen, die durch Kettenexpansionsreaktion ein linienförmiges Polymer bilden können. Durch die Verwendung unterschiedlicher Kettenexpansionsmittel oder durch Änderung der Kettenexpansionsformel lassen sich chemische Reaktionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erzielen und Polyurethanmaterialien mit verschiedenen Leistungsanforderungen herstellen.
Die Rolle von Polyurethan-Kettenexpandern in Polyurethan-Synthesereaktionen umfasst im Wesentlichen Folgendes:
(1) Polyurethan-Kettenexpander besitzen charakteristische Gruppen (Amino- und Hydroxylgruppen), die mit Isocyanaten chemisch reagieren können. Aufgrund des hohen Molekulargewichts und der reaktiven Reaktion kann das Polyurethan-Reaktionssystem schnell expandieren oder aushärten, wodurch Ketten mit einem höheren Molekulargewicht entstehen, die die Eigenschaften des Polymers aufweisen.
(2) Unterschiedliche Kettenverlängerer weisen unterschiedliche Reaktivität auf. Durch die Verwendung verschiedener Kettenverlängerungsmittel und deren Dosierung lassen sich die Viskosität im Reaktor sowie die Molekül- und Morphologiestrukturen an die Polyurethanproduktion und die Produkte mit unterschiedlichen System- und Qualitätsanforderungen anpassen.
(3) Unterschiedliche Polyurethan-Treibmittel können Polyurethan unterschiedliche Eigenschaften verleihen. Dabei werden bestimmte charakteristische Gruppenstrukturen in den Kettenexpansionsmolekülen in die Hauptkette des Polyurethans eingeführt, was die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Polyurethans beeinflusst, wie z. B. Festigkeit und Abriebfestigkeit, Beständigkeit gegen Feuerermüdung, Temperaturbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit, Ölbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw.
Polyurethan-Expansionsmittel werden im Allgemeinen in Amine, Alkohole und Diole unterteilt. Je nach Anwendungssystem und Leistungsstruktur werden Dilate und Diole als Hauptmerkmale betrachtet. Traditionelle Dilat-Kettenexpansionsmittel wie Ethylenglykol, 1,4-Butanol und Dihydramol weisen nur begrenzte Eigenschaften für Polyurethanprodukte auf und sind daher gewöhnliche Kettenexpansionsmittel. Kettenexpansionsmittel mit deutlichen Vorteilen für Polyurethanmaterialien lassen sich hauptsächlich in zwei Kategorien einteilen: aromatische Dihydramine und aromatische Diole. Letztere werden als Hochleistungskettenexpansionsmittel bezeichnet und zeichnen sich durch einen starren Benzolring sowie weitere Eigenschaften wie Kraft, Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegenüber Medien aus.
Das aromatische Diharamin-Treibmittel ist nicht nur ein unverzichtbarer Schlüsselzusatzstoff für synthetische Polyurethan-Elastomere, sondern auch das am weitesten verbreitete, aber auch das leistungsstärkste und stärkste Hochleistungs-Polyurethan-Kettentreibmittel.
Herkömmliche Polyurethan-Gießmassen werden üblicherweise in einem zweistufigen Verfahren fixiert: Zunächst werden synthetische Vorformen hergestellt, anschließend werden Kettenexpander zur Aushärtung zugegeben. Je nach Isocyanattyp lassen sich Fertigmassen grob in TDI- und MDI-Typen unterteilen. TDI-Fertigmassen weisen eine geringere Reaktionsaktivität auf und werden daher hauptsächlich mit hochaktiven Amin-Kettenexpandern kombiniert. MDI-Fertigmassen hingegen zeichnen sich durch eine hohe Reaktionsaktivität aus und werden mit Hydroxy-basierten Kettenexpandern mit geringerer Aktivität als Hydroxy-basierten Versiegelungsmitteln hergestellt. Entsprechend den Anforderungen der Anwendungsszenarien und der gewünschten Produkteigenschaften ist die Auswahl des geeigneten Kettenexpanders nach der Isocyanatwahl besonders wichtig.
II. Hochleistungs-Polyurethan-Kettenexpansionsprodukte: Produktarten und Anwendungsmerkmale
2.1 Das Hauptarammer-Dihan-Amin-Kettenexpansionsmittel
Aufgrund seiner hervorragenden Leistung und hohen Qualität ist das aromatische Dihamin-Verlängerungsmittel das gebräuchlichste und am weitesten verbreitete Kettenexpansionsmittel in elastischen Polyurethanmaterialien.
Zu den üblicherweise verwendeten aromatischen Dianramin-Treibmitteln gehören hauptsächlich 3,3′-Dichlor-4,4′-Dioxide (MOCA: Typ I, Typ II, hochtemperaturbeständig usw.), 1,3-Propylenglykol-Double (4-Aminobenzoat) (740m), 4,4′-Subbase-Double (3-Chlor-2,6-diecenanilin) (M-CDEA), Polyphosphatethylether-Diol-Zweipaar-Aminobenzoat (P-1000, P-650, P-250 usw.), 3,5-Zwei-Ethylentorneramin (DETDA, auch bekannt als E-100), 3,5-Diraclesulfenylen (DMTDA, auch bekannt als E-300) und andere Produkte.
Die Anwendungsmerkmale und die Entwicklung der Hauptprodukte geben einen Überblick wie folgt:
Das MOCA-Kettenquellmittel ist das erste professionelle Hochleistungs-Kettenquellmittel, das in meinem Land industriell gefertigt wurde. Es ist bei Raumtemperatur fest. Es besitzt die Eigenschaften von Polyurethanprodukten und ist daher sicher und einfach anzuwenden. Es erfüllt die Anforderungen verschiedenster Spezifikationen und Formen. Die Elastizität von Polyurethanen zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohe Rückstellkraft, hohe Verschleißfestigkeit, Beständigkeit gegen aggressive Stoffe und Korrosion aus. Es ermöglicht die Herstellung großformatiger Produkte und ist ein vielseitiges aromatisches Expansionsmittel. Seit seiner Entwicklung durch DuPont in den 1950er Jahren hat MOCA eine wichtige Position im Bereich der Polyurethan-Elastizität eingenommen. Es ist derzeit das meistverwendete Polyurethan-Kettenquellmittel und insbesondere im Bereich der Gießharz-Elastizität unverzichtbar. Derzeit sind die bekanntesten MOCA-Hersteller in China: Suzhou Xiangyuan New Materials Co., Ltd. (Tochtergesellschaft der Jiangsu Xiangyuan Chemical Company), Huaibei Xingguang New Material Technology Co., Ltd., Shandong Chongshun New Material Technology Co., Ltd., Hua Chemical Technology Co., Ltd. (ehemals Binhai Mingsheng Chemical Co., Ltd.), Chizhou Tianci High-tech Materials Co., Ltd., außerdem gibt es Taiwan Shuangbang Industrial Co., Ltd., Taiwan Sanhuang Co., Ltd. und Katshan Kohshan Perfect Industry Co., Ltd.
In den letzten Jahren hat sich die Produktionstechnologie von MOCA unter der Führung chinesischer Unternehmen deutlich weiterentwickelt. So konnte beispielsweise Xiangyuan New Materials die Probleme der Gesundheitsgefährdung der Mitarbeiter, der starken Umweltverschmutzung und der unzureichenden Stabilität der intermittierenden Hydrierungsprozesse überwinden. Das kontinuierliche Verfahren katalysiert die Wasserstoffhydrierung von hochreinem Akustikmaterial und die MOCA-Produktion und ermöglicht so eine automatisierte, vollständig geschlossene und umweltfreundliche Produktion ohne Lösungsmittel, Staub, Energieeinsparung und Emissionen. Die kontinuierliche MOCA-Produktionsanlage hat sich zu einem weltweit anerkannten Hersteller von Polyurethan-Kettenvergrößerungsmitteln entwickelt.
Darüber hinaus entwickelte Xiangyuan New Materials auch die Kettenexpander der Serien Xylink740M und Xylink P, wodurch die Industrialisierung dieser Produktreihe realisiert wurde und Polyurethan-Materialhersteller dazu angeregt werden, die Qualität zu verbessern, die Kosten zu senken und die Anwendungsbereiche zu erweitern.
2.2 Das wichtigste aromatische Diol-Dilateralexpansionsmittel
Gängige aromatische Diol-Verlängerungsmittel umfassen Phenylphenol-Hydroxyxyl-Ether (HQEE), Intercyclophenylbenzole, Hydroxylether (HER) und Hydroxyethyl-Phenol-Pyrodhenol-Gemische (HQEE-L), Hydroxyethylhexylbenzol-Gemische (HER-L) usw. Sie werden hauptsächlich für Polyurethanmaterialien in MDI-Prozesssystemen eingesetzt und sind ungiftige und umweltfreundliche Kettenverlängerungsmittel. Im Folgenden werden die Anwendungseigenschaften und die Entwicklung der wichtigsten Produkte vorgestellt:
HQEE ist ein Kettenexpander mit symmetrischer aromatischer Diolstruktur. Es handelt sich um ein festes, ungiftiges, umweltfreundliches und reizfreies Partikel. Es ist gut mit MDI verträglich und kann die Lebensdauer des Materials effektiv verlängern. Xiangyuan New Materials hat die Kettenexpander der Serien HQEE, HER, Xylink HQEE-L und Xylinkher-L entwickelt. Die Qualität ist höher als bei vergleichbaren Produkten im In- und Ausland, und die Produkte werden im In- und Ausland vertrieben.
2.3 Andere aromatische Kettenexpansionsmittel mit besonderen Eigenschaften
Mit dem Aufkommen neuer Anwendungsgebiete für Polyurethane wurden kontinuierlich neue Polyurethan-Treibmittel und Anwendungstechnologien entwickelt, um die Nachfrage des Polyurethanmarktes zu decken. Produktionsunternehmen haben eine Vielzahl von Hochleistungs-Treibmitteln mit aromatischen Ketten entwickelt.
Tianmen Winterine (DMD230) ist ein kettenexpandiertes, zweifach aminogruppenfreies Amin, das zur Herstellung lösemittelfreier oder hochfester Beschichtungen verwendet wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Sprühpolyestern zeichnet sich das Produkt durch ein moderates Ansprechverhalten, gute Verarbeitungseigenschaften, hohe Verarbeitungseffizienz und hervorragende Gesamtleistung aus. Es bietet guten Glanz und eine gute Oberflächenwirkung in Kombination mit Polycoge-Produkten bei der Herstellung von Fettsäurechlorid-Polyisotripetat, gute Flexibilität und mechanische Eigenschaften, Beständigkeit gegen Vergilbung, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Witterungsbeständigkeit und einen längeren Schutz. Neben Brücken, Tunneln, verschiedenen Bodenbelägen und Verkehrsschildern eignet es sich auch für anspruchsvolle Anwendungen wie Schutzbeschichtungen und Verbundlederbeschichtungen für Hubschrauber und Windkraftanlagenflügel. Die industrielle Produktion und Vermarktung dieses Produkts wird zur Weiterentwicklung hochwertiger Beschichtungen beitragen.
Die Dispersion (311) der aromatischen Diharamin- und Natriumchloridverbindungen (311) ist eine Mischung aus aromatischem Diharamin und anorganischen Salzen. Sie kann bei Raumtemperatur mit verschiedenen Polyurethan-Vorpolymeren verarbeitet werden. Besonders geeignet ist sie für Produkte mit komplexen Formen oder großen Flächen, Mikrowellenvulkanisation und andere Anwendungen, die eine längere Verarbeitungszeit erfordern. Sie kann auch als Härter für Epoxidharze eingesetzt werden. Vergleichbare Produkte sind beispielsweise Caytur 31DA (USA), Xylink 311 und Xiangyuan New Materials.
Andere Unterwasserhärtungsmittel wie Oxidazol, Ketonamin usw. können die Wahrscheinlichkeit der Blasenbildung bei Beschichtungen oder anderen Produkten im mittleren Härtungsbereich verringern und bieten zudem noch Entwicklungspotenzial.
III. Der Entwicklungsstand von Polyurethan-Kettenexpandern
Die Polyurethan-Expansionsindustrie meines Landes verfügt über eine vergleichsweise schwache Entwicklungsgrundlage. In der Anfangszeit wurde der heimische Markt für Polyurethan-Kettenexpansionsprodukte stets von multinationalen Konzernen monopolisiert. Seit Beginn dieses Jahrhunderts ist es einer Gruppe lokaler Polyurethan-Kettenexpansionsunternehmen, allen voran Xiangyuan New Materials, nach jahrelanger Forschung und Entwicklung sowie dem Aufbau von Technologie gelungen, ausländische Monopole zu durchbrechen. Einige meiner heimischen Polyurethan-Kettenexpansionsprodukte haben mittlerweile das Niveau vergleichbarer internationaler Produkte erreicht.
Als am weitesten verbreitetes Amin-Polyurethan-Treibmittel zeichnet sich MOCA durch einen ausgereiften, stabilen und effizienten Produktionsprozess aus. Im Bereich der Gießharzanwendungen, insbesondere in TDI-Systemen, haben sich zahlreiche Polyurethanprodukte mit einer Vielzahl bewährter Rezepturen etabliert. Die Stabilität und Funktionalität von MOCA wurden über viele Jahre im Markt und bei Kunden erprobt. Obwohl die Kosten relativ hoch sind und sich im Laufe der Jahre eine gewisse Marktschwelle gebildet hat, ist MOCA unverzichtbar und sein Anwendungsgebiet erweitert sich stetig.
Die Europäische Chemikalienbehörde (ECHA) veröffentlichte als für die EU-REACH-Zertifizierung zuständige Institution am 30. November 2017 einen Bericht. Nach einem Vergleich von Sicherheitsrisiken, Leistung und Preis-Leistungs-Verhältnis kam sie zu dem Schluss, dass MOCA im Bereich elastischer Polyurethankörper hinsichtlich Produktqualität, Leistung, Kosteneffizienz und anderer Vorteile herausragend ist und es derzeit keine Alternativen gibt.
Die chinesische Polyurethan-Dispersionsindustrie entwickelte sich spät. Aufgrund des niedrigen Produktionstechnologie-Niveaus, der unzureichenden Rohstoffversorgung und des Mangels an F&E-Fachkräften wurde der heimische Markt für Polyurethan-Dispersionsmittel in der Anfangszeit von multinationalen Konzernen dominiert. Erst in den 1990er-Jahren gelang es einigen chinesischen Herstellern nach jahrelanger Forschung und Entwicklung sowie technischer Expertise, ausländische Technologiemonopole zu durchbrechen. Die Leistung einiger Polyurethan-Dispersionsmittel erreichte das Niveau vergleichbarer internationaler Produkte. Insbesondere Xiangyuan New Materials leistete Pionierarbeit beim Bau einer kontinuierlichen MOCA-Produktionsanlage mit einer Kapazität von 10.000 Tonnen. Produktqualität und technisches Niveau erreichten weltweit führende und führende chinesische Standards. Aktuell können chinesische MOCA-Hersteller die Anforderungen an ionaminfreies MOCA erfüllen. Granuliertes MOCA und hochtemperatur-gelbfärbendes MOCA sind in der Polyurethanindustrie besonders gefragt.
Der „Zwölfte Fünfjahresplan für die Polyurethanindustrie“ sieht vor, neben dem Ausbau der Produktionskapazitäten des hochwertigen Kettenaufweiters MOCA auch die Förderung und Anwendung neuer Kettenaufweiter wie MCDEA, E-100, HER, HQEE und anderer Produkte zu intensivieren. Aufbauend auf der MOCA-Produktreihe sind mit der Diversifizierung der Polyurethanmaterialien und -produkte weitere neue Kettenaufweiter entstanden, die ein differenziertes Produktportfolio neben MOCA bilden.
Dank kontinuierlicher technologischer Forschung und Entwicklung bieten neue Produkte hochleistungsfähiger aromatischer Kettenexpander spezifische Vorteile hinsichtlich Reaktionsgeschwindigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Handhabung, Sicherheit und Umweltschutz. Ihre Anwendung hat sich stetig weiterentwickelt und ihr Anwendungsbereich wächst kontinuierlich. Beispielsweise haben P-1000, P650, P250 und 740M aufgrund ihrer umweltfreundlichen und ungiftigen Eigenschaften zunehmend den Markt für diverse Anwendungsgebiete erschlossen. In den letzten Jahren hat mit der Entwicklung und dem Wachstum umweltfreundlicherer MDI-Systeme der Einsatz von hochleistungsfähigen aromatischen Diol-Kettenexpandern wie HQEE und HER, die besser mit dem MDI-System kompatibel sind, stetig zugenommen. Diese verleihen Polyurethanen hervorragende Elastizität und spezifische Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit und Reißfestigkeit. Neben der Herstellung von Gießharzen können damit auch hochleistungsfähige thermoplastische Elastomere gefertigt werden. In Anwendungsbereichen mit hohen Leistungsanforderungen an Polyurethanmaterialien in Industrieländern und bei einigen Polyurethanen finden Kettenexpander wie 740M, HQEE und HER immer häufiger Anwendung. Der neue Vertriebspartner für die Handelskette weist in bestimmten Segmenten differenzierte Vorteile auf, die technische Hürde ist jedoch relativ hoch. Derzeit befindet sich der Inlandsmarkt noch in der Anwendungsphase.
IV. Das Entwicklungsmuster der Polyurethan-Kettenexpansionsindustrie
Die Polyurethanindustrie in Nordamerika und Westeuropa blickt auf jahrzehntelange Entwicklung zurück. Sie verfügt über eine hohe technische Kompetenz und einen relativ ausgereiften Markt. Gleichzeitig stellen die Verbraucher in diesen Regionen höhere Anforderungen an Polyurethanprodukte, und die Nachfrage nach neuen Kettenerweiterungsmitteln wächst schneller als die nach MOCA. Derzeit decken Industrieländer wie Europa und die USA den Großteil der Nachfrage nach diesen neuen Kettenerweiterungsmitteln ab.
Der hohe Polyurethanverbrauch im asiatisch-pazifischen Raum und anderen Schwellenländern treibt die weltweite Polyurethannachfrage maßgeblich an. Der asiatisch-pazifische Raum ist bereits der größte Polyurethan-Abnehmermarkt der Welt und hält einen Anteil von rund 48 % am globalen Markt. Auch in anderen Schwellenländern wie Indien, Brasilien und Mexiko steigt die Nachfrage nach Polyurethan für Bauwesen, Baumaterialien, Inneneinrichtung und weitere Branchen. Im Vergleich zu den Industrieländern Europas und den USA befinden sich einige dieser Regionen jedoch noch in einem frühen Stadium der Industrialisierung. Sie reagieren sehr sensibel auf Rohstoffpreise in der Polyurethanindustrie und achten besonders auf Kosten und Wirtschaftlichkeit. Daher wird auch zukünftig in dieser Region eine hohe Nachfrage nach hochwertigen, metallorganischen Keramiken (MOCA) bestehen bleiben.
Derzeit beherrschen die großen internationalen Polyurethan-Vertriebsunternehmen, wie beispielsweise Kazaka Kagosan Perfect Industry Co., Ltd., das US-amerikanische Unternehmen Air Chemical (Übernahme durch Winchuang im Jahr 2016) und das US-amerikanische Unternehmen Coco (Übernahme durch Langsheng im Jahr 2017), den Großteil des weltweiten Marktes für Vertriebspartner. Kleinere Unternehmen, die nicht über ein optimiertes System aus Industrie, Hochschulen und Forschung verfügen, wurden aufgrund der hohen Produktqualität und des wettbewerbsfähigen Preises verdrängt, wodurch die Konzentration in der Branche weiter zugenommen hat. Gleichzeitig nutzen große Unternehmen ihre starke Kapitalbasis und ihre Forschungs- und Entwicklungskompetenz, um ihre Rohstoff- und Produktproduktion auszubauen und transnationale Monopol-Produktionsstätten sowie Vertriebs- und Forschungszentren in Regionen mit exzellenten Ressourcen, Märkten und Arbeitsbedingungen zu errichten.
5. Aktueller Stand und Entwicklungsrichtung von Polyurethan-Treibmitteln
Als wichtiger Zusatzstoff für Polyurethanmaterialien werden Polyurethan-Treibmittel hauptsächlich im CASE-System (Beschichtungen, Klebstoffe, Dichtungen und elastische Körper) eingesetzt. Elastische Polyurethankörper sind ein synthetischer Werkstoff, der die Eigenschaften von Gummi und Kunststoff vereint. Sie vereinen die hohe Elastizität von Gummi mit der hohen Härte und Festigkeit von Kunststoffen. Mit einer um das 5- bis 10-Fache höheren Elastizität gelten sie als besonders verschleißfest und zeichnen sich durch gute mechanische Festigkeit, Öl-, Chemikalien- und Biegebeständigkeit sowie hervorragende Kältebeständigkeit und Isolationseigenschaften aus. Neben herkömmlichen Gießmassen und thermoplastischen elastischen Polyurethankörpern finden sich auf Polyurethanbasis auch Klebstoffe, Beschichtungen, Dichtungen, Straßenbeläge, Sohlen, Kunstleder, Fasern usw. Dank stetiger technischer Weiterentwicklung werden elastische Polyurethankörper in verschiedenen Bereichen wie der Automobilindustrie, dem Bergbau, der Druckindustrie, dem Maschinenbau, dem Sport und dem Transportwesen zunehmend als Ersatz für Gummi, Kunststoffe und Metalle verwendet.
Laut Statistiken relevanter Behörden betrug der Verbrauch von chinesischem Polyurethan-CASE (elastische Körper, Beschichtungen, Kunstleder, Dichtungen und Klebstoffe) im Jahr 2021 7,77 Millionen Tonnen, und die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate lag im Zeitraum 2016-2021 bei 11,5 %.
Die chinesische Polyurethan-Produktion belief sich 2016 auf 925.000 Tonnen und erreichte 2021 1,5 Millionen Tonnen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 10,2 % entspricht; die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des Verbrauchs lag bei 12,5 %. Schätzungen zufolge wird die chinesische Polyurethan-Produktion bis 2025 2,059 Millionen Tonnen erreichen und damit weiterhin ein rasantes Wachstum verzeichnen.
Weltweit erreichte die Produktion von Polyurethan-Elastomeren 2016 2,52 Millionen Tonnen und 2021 3,539 Millionen Tonnen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7,0 % entspricht. Bis 2025 wird ein Anstieg der globalen Produktion von Polyurethan-Elastomeren auf 4,495 Millionen Tonnen erwartet, was einen rasanten und stetigen Entwicklungstrend belegt.
Das thermoplastische Polyurethan-Elastomer (TPU) zeichnet sich durch hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Es ist hoch zugfest, dehnbar, ölbeständig, kältebeständig, witterungsbeständig und ozonbeständig. Zudem weist es einen breiten Härtebereich auf. In den letzten Jahren hat sich der Anwendungsbereich von TPU von der Schuhindustrie auf anspruchsvolle Branchen wie die Pharmaindustrie, die Luftfahrt und den Umweltschutz ausgeweitet. Statistiken zufolge lag die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der TPU-Produktion in China von 2014 bis 2021 bei 14,5 %. Im Jahr 2021 erreichte die TPU-Produktion Chinas rund 645.000 Tonnen. China ist damit der weltweit größte TPU-Produzent. Produktion und Nettoexportvolumen sind in den letzten Jahren stetig gestiegen.
Aus Nachfragesicht konzentriert sich der globale TPU-Markt derzeit auf Europa, die USA und den asiatisch-pazifischen Raum. Asien, allen voran China, ist dabei der am schnellsten wachsende regionale Markt im globalen TPU-Verbrauch. Laut Statistik des Fachausschusses für Elastomere des Chinesischen Polyurethan-Industrieverbandes erreichte der Gesamtverbrauch von Polyurethanprodukten in China im Jahr 2018 11,3 Millionen Tonnen, wovon rund 1,1 Millionen Tonnen auf Polyurethan-Elastomere (TPU+CPU) entfielen.
TPU zählt weiterhin zu den Polyurethanprodukten mit dem schnellsten Wachstum in naher Zukunft. China ist mittlerweile der weltweit größte TPU-Verbraucher. Statistiken zufolge lag die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des chinesischen TPU-Verbrauchs zwischen 2017 und 2021 bei 12,9 %. Der Gesamtverbrauch belief sich 2021 auf 602.000 Tonnen, ein Anstieg von 11,6 % gegenüber dem Vorjahr. Basierend auf der weltweiten TPU-Produktion von 1,09 Millionen Tonnen im Jahr 2021 hat der chinesische TPU-Verbrauch die Hälfte des weltweiten Verbrauchs bereits übertroffen. Zukünftig wird der Bedarf an Schuhmaterialien, Folien, Rohren und Kabeln weiter steigen. Im Bereich der Medizintechnik, Kabel und Folien wird TPU traditionelle PVC-Materialien zunehmend ersetzen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass es EVA im Bereich der Schuhmaterialien ablösen wird. Es wird erwartet, dass TPU auch in Zukunft ein Wachstum von mindestens 10 % verzeichnen wird. Es wird erwartet, dass der Verbrauch bis 2026 etwa 900.000 Tonnen erreichen wird.
Mit der schrittweisen Ausweitung der Produktion sinken die Kosten für elastische Polyurethanprodukte, die Produktvielfalt nimmt zu, die Marktnachfrage steigt und die industrielle Entwicklung schreitet rasant voran. Im Zeitraum des 14. Fünfjahresplans sollte die Polyurethanindustrie die Produktentwicklung in Richtung wasserbasierter, lösungsmittelfreier und hochfester Produkte energisch vorantreiben; die Entwicklung der Basisrohstoffstruktur und die synthetische Technologie von Polyurethanen mit Fokus auf die Anwendung von wasserbasiertem Polyvinylchlorid (Polyethylen) zu Pyrodramin fördern; die Grundlagenforschung und die technische Entwicklung wasserbasierter Materialien vorantreiben; die Produktleistung verbessern, neue Produkte entwickeln, das Anwendungsgebiet erweitern und den Bau neuer Infrastrukturen im Schienenverkehr, Straßenbau, Brückenbau, Tunnelbau, Energieübertragung usw. sowie Anwendungen im medizinischen Bereich fördern; die technische Anwendung von formaldehydfreien Polyurethanklebstoffen für künstliche Platten vorantreiben; differenzierte, funktionale und hochwertige Polyurethanprodukte entwickeln; die Forschung und Anwendungstechnologie von wasserdichten Polyurethanmaterialien hinsichtlich Struktur, Leistung und Haltbarkeit intensivieren; und die Anwendung von Polyurethanmaterialien im Fertigbau fördern.
Die wichtigsten Entwicklungsrichtungen im Bereich der Elastomere sind:
Polyurethan-Elastomere für Automobile. Die Automobilindustrie entwickelt sich heute hin zu hoher Leistung, hoher Qualität, geringem Gewicht, Komfort und Sicherheit. Gummi und synthetische Kunststoffe ersetzen zunehmend Metalle, wodurch sich ein sehr breites Anwendungsspektrum für Polyurethan-Elastomere eröffnet.
Polyurethan-Elastomere für Bauzwecke. Das traditionelle Asphaltfilz-Abdichtungsmaterial wird zunehmend durch langlebige, einteilige Polyurethan-Abdichtungsmaterialien ersetzt. Auch im Sportbahnbau findet Polyurethan immer breitere Anwendung. Dehnungsfugen großer Brücken, Schwellen von Hochgeschwindigkeitsstrecken, Start- und Landebahnen von Flughäfen sowie die Abdichtung von Autobahnen werden zunehmend aus bei Raumtemperatur aushärtendem PVC-Elastomer hergestellt.
Polyurethan-Elastomer für den Einsatz im Bergbau. In Kohlebergwerken sowie in Metall- und Nichtmetallbergwerken besteht eine große Nachfrage nach nichtmetallischen Werkstoffen mit hoher Verschleißfestigkeit, hoher Festigkeit und Elastizität.
Polyurethan-Elastomer für Schuhe. Polychloridester-Elastomere bieten Vorteile wie gute Dämpfungseigenschaften, geringes Gewicht, Verschleißfestigkeit, Rutschfestigkeit usw. und haben sich zu einem wichtigen Trägermaterial in der Schuhindustrie entwickelt.
Polyurethan-Elastomer für medizinische Anwendungen. Gute Biokompatibilität, Blutverträglichkeit und der Verzicht auf Zusatzstoffe sind wichtige Gründe für den Einsatz von TPU- und CPU-Materialien im medizinischen Bereich. Ihr Anwendungsgebiet im Gesundheitswesen ist sehr breit gefächert.
Neue Polyurethan-Verbundplatte. Die Verbundwerkstofftechnologie dürfte einen neuen Marktboom für Polyurethan-Elastomere auslösen.
VI. Entwicklungstrends der Polyurethan-Kettenexpansion in der Industrie gemäß dem „14. Fünfjahresplan“
Aus globaler Sicht hat die rasante Entwicklung im Bauwesen, der Automobilindustrie, der Elektronikindustrie, der Branche für neue Energien und des Umweltschutzes die Nachfrage nach Polyurethanprodukten stark angekurbelt. Die globalen Polyurethan-Hersteller treiben technologische Innovationen und Anwendungsbereiche kontinuierlich voran und werden auch künftig die Entwicklung und Produktion neuer Polyurethanprodukte fördern. Mit der Ausweitung des Anwendungsbereichs und des Absatzmarktes von Polyurethanprodukten wird die diversifizierte Nachfrage die kontinuierliche Innovation und Weiterentwicklung von Polyurethan-Verbundwerkstoffen beflügeln.
In den nächsten zehn Jahren wird sich der Einsatz von Polyurethanprodukten in einigen Nischenbereichen rasant entwickeln. Branchenexperten prognostizieren ein weltweites Wachstum der Polyurethannachfrage von 4,5 % pro Jahr. Allein in den Bereichen Kältetechnik, Schuhindustrie, Textilindustrie, Freizeitindustrie und anderen Branchen wird ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 5,7 % erwartet. Die Nachfrage im Produktbereich ist leicht gestiegen und dürfte bei etwa 3,3 % pro Jahr liegen. Innovative Technologien in den Schwellenländern des asiatisch-pazifischen Raums haben die Ausweitung der nachgelagerten Anwendungen ermöglicht, sodass die Nachfrage nach Polyurethanen dort jährlich zweistellige Wachstumsraten erreichen wird.
Als wichtiger Rohstoff für die Polyurethanindustrie muss die Polyurethanadditivindustrie meines Landes das neue Entwicklungskonzept konsequent umsetzen. Im Folgenden wird das Thema der Förderung einer qualitativ hochwertigen Entwicklung der Polyurethanindustrie mit dem Ziel verfolgt, den Aufbau eines neuen Entwicklungsmodells des „Dualkreislaufs“ zu beschleunigen. Dabei liegt der Fokus auf grüner, kohlenstoffarmer und digitaler Transformation. Der Aufbau eines modernen Industriesystems soll beschleunigt, die Schwächen von High-End-Produkten behoben, Schlüsseltechnologien für den High-End-Bereich erschlossen, neue Wege bei traditionellen Produkten beschritten und mein Land so zu einer starken Industrienation entwickelt werden.
Polyurethan-Kettenverlängerer gehören mittlerweile zu den unverzichtbaren Polyurethan-Rohstoffen für große nationale Infrastrukturprojekte. Die Polyurethan-Kettenverlängerer-Industrie investiert verstärkt in Innovationen und entwickelt sich in Richtung Umweltschutz, hoher Effizienz und hoher Qualität. Mit Blick auf den Bedarf der Branchen Luft- und Raumfahrt, Elektronik und Informationstechnik, neue Energien, Automobilbau, Hochgeschwindigkeitszüge, Schienenverkehr, Autobahnen, Brückenbau, Gesundheitswesen und Verteidigung werden die Transformation und Anwendung neuer Technologien zur Herstellung von Polyurethan-Kettenverlängerern beschleunigt, um das Entwicklungsniveau der gesamten Polyurethanindustrie zu steigern.
Die Entwicklungsrichtung der Polyurethan-Kettenverlängererindustrie liegt in der Entwicklung hochwertiger, umweltfreundlicher Kettenverlängerer mit verbesserter Umweltverträglichkeit. Diese sollen nicht nur im Produktionsprozess sauber und schadstofffrei, sondern auch im Anwendungsprozess sicher und umweltfreundlich sein und so die Nachhaltigkeit der Polyurethan-Herstellung fördern. Zweitens soll der Einsatz bestehender Kettenverlängerer erweitert werden, um ihnen neue Anwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Das technologische Niveau einiger inländischer Polyurethan-Kettenverlängererhersteller entspricht dem multinationaler Konzerne. Um jedoch die Vorteile der Produkte einem breiteren Anwenderkreis zugänglich zu machen, ist weitere Anwendungsforschung erforderlich. Dies gilt insbesondere für die Förderung flüssiger aromatischer Diaminprodukte mit einfacher Handhabung und hervorragender Leistung sowie die Nutzung des Synergieeffekts von Kettenverlängerern zur Energieeinsparung und Kostenreduzierung. Drittens sollen neue Produkte entsprechend der Marktnachfrage entwickelt werden, um der Polyurethanindustrie besser geeignete und qualitativ hochwertigere Produkte anzubieten, die Bedürfnisse des nachgelagerten Marktes zu erfüllen und das Anwendungsspektrum zu erweitern.
Für elastische Polyurethanmaterialien sind Kettenverlängerer wichtige und entscheidende Additive, die in großen Mengen eingesetzt werden und einen hohen Mehrwert bieten. Sie tragen maßgeblich zur Verbesserung der Produkteigenschaften bei. Auch in anderen Polyurethanmaterialien und sogar in Schaumkunststoffen verbessern Kettenverlängerer die Produkteigenschaften deutlich. Der Markt für Polyurethan-Kettenverlängerer ist in der Polyurethanindustrie enorm. Um die qualitativ hochwertige Entwicklung der Polyurethanindustrie zu fördern und voranzutreiben, ist es notwendig, die Anwendungsforschung und -förderung von Polyurethan-Kettenverlängerern zu intensivieren und unter Berücksichtigung von Gesundheit, Energieeinsparung, Sicherheit, Umweltschutz und Anwendungseigenschaften bessere und vielfältigere Kettenverlängerer zu entwickeln. So kann ein größerer Beitrag zu einer besseren Lebensqualität geleistet werden.
Veröffentlichungsdatum: 08.02.2023