高分子材料研究有哪些方向 (聚氨酯材料最新进展)

材料是现代工业发展的基础,是先进高端制造业发展的先导,而高分子材料是材料领域的重要分支,是当今世界发展最迅速的产业之一。高分子材料又称高分子聚合物或高聚物材料,主要由聚合物树脂和各种助剂增强、交联而成。

1、聚氨酯行业概况

(1)聚氨酯简介

聚氨酯是由基础化工品异氰酸酯和多元醇化合物加聚合成的高分子树脂。通常情况下,凡是在高分子结构主链上含有多个氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物,统称聚氨酯(Polyurethane),英文简称 PU。

上游的原材料主要包括异氰酸酯(包括 MDI、TDI 等)、多元醇(包括聚酯和聚醚多元醇)或由异氰酸酯、多元醇等原材料预先混合制得的预聚体,以及扩链剂和其他助剂原料。

下游制品主要包括 CASE 体系和泡沫体系。CASE 体系包括涂料、胶粘剂、密封件及弹性体;泡沫体系包括聚氨酯硬泡和软泡,硬泡主要用于保温防水材料等,软泡主要包括家具与交通工具所需的各类垫材等。

(2)聚氨酯分类及应用

聚氨酯产品是各类原材料在液体状态下,经过充分混合,在较短时间内经过凝胶、扩链和交联、催化等一次成型的高分子材料。因其反应过程复杂、迅速且不可逆转,需要添加各种聚氨酯助剂,以控制、调整和平衡反应过程,从而生产出符合各种应用要求的聚氨酯制品。聚氨酯制品已成为人们衣、食、住、行以及高新技术领域必不可少的八大化工新材料之一,其本身已经构成了一个多品种、多系列、应用广泛的材料家族,形成了完整的聚氨酯工业体系。

近年来,随着聚氨酯研发水平的提高,其应用领域不断得到拓展和深化,已经逐步推广至轨道交通用减震防噪类弹性体、新能源用薄膜材料、织物制品涂覆材料、信息自动化和军工航天用高性能材料等新兴领域。扩链剂作为液体聚氨酯原料向固体聚氨酯制品转化的关键原料,当聚氨酯在下游各个行业的应用越广泛时,其相应地对扩链剂的需求也就越大。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

可以看出,CASE 体系下的各类聚氨酯材料广泛应用于众多下游领域。下游细分行业如机械制造业、交通运输业、体育行业、医疗行业、电子器件行业、*用军**航天行业以及建筑建材业等对聚氨酯材料有大量需求的下*行游**业将极大影响聚氨酯扩链剂的需求。

(3)聚氨酯产业发展状况

①全球聚氨酯产业发展状况

聚氨酯材料作为一种先进的高分子材料,经过数十年的技术探索和产业拓展,在上世纪 90 年代步入高速发展期,目前全球聚氨酯产业已经发展成为高分子新材料的重要组成部分。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

根据中国聚氨酯工业协会及 Grand View Research 的统计数据,全球聚氨酯产量 2019 年已达到 2,510 万吨,而产值则达到了 631.4 亿欧元。受益于聚氨酯产品附加值的增长,预计全球聚氨酯消费量将从 2019 年的 2,204 万吨增长至2025 年的 3,000 万吨以上,年化增长率超 5%。终端市场如家具、电子产品、汽车、新能源、体育用品等对于轻量化和耐用材料的需求将持续驱动全球聚氨酯市场的增长。亚太地区、北美和西欧是全球目前最主要的聚氨酯产销地区,合计消费量占全球总量的 85%以上。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:Statista.com

②我国的聚氨酯产业发展状况

我国的聚氨酯产业起步相对于发达国家较晚,目前我国已发展成为全球最大的聚氨酯生产国和消费国。在聚氨酯行业的上游领域,我国行业内龙头企业在突破了大规模合成的技术和工艺壁垒后,凭借规模优势明显、成本技术领先的优势迅速占领市场。此后,我国聚氨酯产业在生产规模、产品种类、技术水平等领域快速发展,部分产品技术水平已经成为世界最强。

《中国聚氨酯行业“十四五”发展指南》指出,“十四五”期间,聚氨酯行业要贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念,以供给侧结构性改革为主线,以调结构、促升级为主攻方向,积极参与“双循环”,助力实现碳达峰、碳中和远景目标,大力实施创新驱动和绿色可持续发展战略,推动产业结构、产品结构、布局结构不断优化,达到全面推进行业高质量发展的目标。

在国家产业政策的大力鼓励下,经过多年发展,我国已经是全球聚氨酯制品最大的消费国和最重要的生产基地,呈现上游基础原材料高度集中、下游应用范围不断扩大、各应用细分子行业差异化发展的总体特征。上游主要原材料异氰酸酯具备较高的技术壁垒和资金壁垒,产业集中度较高,以万华化学(600309.SH)、沧州大化(600230.SH)为代表的民族企业已成为足以影响全球聚氨酯原材料产业的重要力量;中、下游制品及应用范围不断扩大,既有消费量一直保持稳定增长的 CASE 类(涂料、密封剂、胶黏剂、弹性体)、纤维等高分子材料产品,也有进入行业成熟期的泡沫塑料、浆料、鞋底原液类产品,更有*用军**隐形材料、生物医学、机动车车衣贴膜等新兴应用领域产品。聚氨酯产业链中既存在诸如氨纶和聚氨酯原液领跑者的华峰化学(002064.SZ)等大型横向一体化龙头企业,也存在以湘园新材等为代表的聚焦产业链中的关键助剂、弹性体业务的专业化、精细化、特色化厂商,还包括面向广阔的应用范围、分散的终端客户的经销商和消费品制造商。

聚氨酯下*行游**业需求随着近年来聚氨酯应用领域的扩大而不断提高。我国汽车、家电、家具以及基础设施的高速发展,聚氨酯制品在汽车零部件、建筑领域、电子设备、新能源和环保等多个领域实现了产销量的快速增长,消费量增长很快。2015 至 2021 年聚氨酯的产量、消费量持续增长,2015 年我国聚氨酯产品产量为 1,035 万吨、消费量 997 万吨,2021 年产销量分别达到 1,532 万吨、1,263 万吨,年均复合增长率分别达 6.75%、4.02%。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:华经产业研究院、智研咨询

在聚氨酯的消费端,弹性体发展较快,涂料、胶粘剂稳步发展,总体上呈现出聚氨酯产品的产销两旺的局面。

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数据来源:《中国聚氨酯行业“十四五”发展指南》(2021)、中国聚氨酯工业协会

2、聚氨酯扩链剂的市场空间和发展前景

(1)扩链剂的使用比例

聚氨酯扩链剂的使用量与 NCO 含量的关系如下:

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

以 MOCA 为例,目前市场上较为常见的 NCO 含量在 2%-7%的预聚体,每 100

公斤根据上述计算公式计算的 MOCA 添加量为 5.9-20.6 公斤。

实际生产中,在理论值的基础上,MOCA 的添加量也会进行适度的调整。与其他聚氨酯助剂的添加比例相比,MOCA 的添加量更高,具体如下:

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

注:抗氧剂、匀泡剂、稳定剂等助剂添加比例数据来源于公开搜索行业数据。

可以看出,相比其他聚氨酯助剂,MOCA 的添加比例更高,实际需求量也相对更大。

(2)扩链剂需求将持续增长

根据相关产业机构的数据统计,2016 中国聚氨酯弹性体产量为 92.5 万吨,2020 年我国弹性体产量达到 132 万吨,年复合增长率为 9.30%,发展迅速。从全球范围来看,2016 年全球聚氨酯弹性体产量达到 252 万吨,2020 年全球产量达 325.9 万吨,年复合增长率为 6.64%。根据 2016-2020 年年均复合增长率测算,到 2025 年,中国聚氨酯弹性体产量将达到 205.9 万吨,全球聚氨酯弹性体产量将达到 449.5 万吨。

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资料来源:华经产业研究院

(3)聚氨酯扩链剂发展前景广阔

聚氨酯扩链剂是合成聚氨酯不可缺少的重要原料,近年来市场总体向好。

首先,随着聚氨酯对橡胶、金属、塑料等传统材料的替代作用已日益凸显,聚氨酯在越来越多的领域发挥了重要的作用,行业产量不断增加,聚氨酯扩链剂市场需求逐渐释放;另一方面,随着国家扶持力度加大,以及国内企业研发

实力增强,我国聚氨酯扩链剂企业生产技术、产品质量持续提升,并成功打破了国外技术垄断的格局,越来越多的新型扩链剂应用到聚氨酯的生产中,例如MCDEA、E-100、HER、HQEE等产品,目前我国已经成为全球最大的聚氨酯扩链剂生产和消费国家;另外,随着环保政策日益严格,以及节能减排理念深入人心,水性聚氨酯行业发展速度加快,带动亲水性聚氨酯扩链剂需求释放。整体来看,未来我国聚氨酯扩链剂行业发展前景较好。

3、弹性体下*行游**业对聚氨酯扩链剂的需求

聚氨酯弹性体,俗称“聚氨酯橡胶”、“耐磨橡胶”。它是一种具有独特结构的材料,集硬质塑料、金属、陶瓷等多种材料的优点于一身,同时兼具橡胶的延展性,具有卓越的机械和化学性能,是介于橡胶和塑料之间的一种新兴有机高分子材料,市场空间非常广阔。

(1)聚氨酯弹性体在下*行游**业的应用需求

①机械制造行业

聚氨酯弹性体凭借其优越的耐磨、耐水、耐热等性能,成为了机械生产中不可或缺的重要原材料。聚氨酯弹性体材料是生产胶辊、泵衬、筛网、套管、轴承等多种机械零部件的原材料,广泛运用在采矿、冶金、印刷、造纸等工业领域。

我国制造业固定资产投资长期保持较高水平并处于持续增长通道,这极大促进了机械设备行业快速发展。根据国家统计局的数据,2022 年上半年,全国制造业投资同比增长 10.4%,装备制造业投资增长 20.2%,随着国家出台一系列政策措施稳定经济增速,工业企业收入、现金流状况及盈利均有显著改善,产能更新与扩张值得期待,这也将促进制造业中固定资产投资增加,从而提升机械生产需求,对聚氨酯扩链剂需求的增长形成了有力支撑。

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数据来源:中国工程机械工业协会

②交通运输行业

聚氨酯弹性材料具有良好的力学性能、优异的承载性能和减振性能,在高铁、高速公路等领域均具有广泛的运用。

A、高铁

在轨道系统方面,聚氨酯弹性体由于其良好的物理性能,在路线减振降噪、防腐等领域应用广泛:其中,聚氨酯弹性材料主要应用于减振弹性垫板、固化道床、弹性轨枕等部分。在高铁车身方面,聚氨酯胶粘剂运用于玻璃、金属、复合材料等;聚氨酯涂料运用于防腐防水层、木器、皮革等。

聚氨酯材料在高铁系统中的广泛应用

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根据新华社发布的《点击四大关键词,看中国铁路发展画卷》的统计数据,截至 2022 年末,我国高铁营业里程为 4.2 万公里;根据《中长期铁路网规划》(2035)初步成果的规划,预计到 2035 年,我国高铁营业里程达将达到 7 万公里,比 2021 年增加 2.9 万公里。高速铁路的建设为聚氨酯材料提供了广阔的需求空间。以聚氨酯枕木为例,它是一种玻纤增强的聚氨酯微孔弹性体,相比于木制枕木、钢筋混凝土枕木,聚氨酯枕木具有周期成本低、耐久性好、环保、使用寿命长、节省木资源、强度大、降噪、减震等优势。随着轨道交通行业高速化、安全化、轻量化发展趋势显现,聚氨酯枕木成为行业发展的新方向。新思界的《2021-2026年中国聚氨酯枕木行业市场深度调研及发展前景预测报告》认为,相比欧洲及日本市场,我国聚氨酯枕木市场发展仍处于早期阶段,未来聚氨酯枕木需求将逐步释放,市场空间有望达到千亿元。

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资料来源:公开资料整理

B、高速公路

在高速公路方面,聚氨酯混合料作为一种以聚氨酯为胶结料的新型路面铺装材料,具有很好的耐久性、高温稳定性等路用性能,可以大幅减少养护维修频率与费用。

根据交通运输部的《2021 年交通运输行业发展统计公报》,截至 2021 年末,我国高速公路里程达 16.91 万公里,根据目前的高速公路规划测算,预计到 2035 年,我国高速公路里程将达到 26.1 万公里。

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资料来源:公开资料整理

C、其他

在桥梁涵洞方面,聚氨酯防腐蚀涂层因其施工方便、效果好而得到广泛应用,并形成了行业各自的推荐标准;桥梁路面施工中,相较于普通弹性混凝土,聚氨酯弹性混凝土具有良好的流动性,能自流平成型,且聚氨酯弹性混凝土空隙率接近零,内部空隙不连通,具有良好的防水、耐化学腐蚀性以及耐久性。聚氨酯材料与现有材料相比有着性能和工艺方面的优势,具有广阔的市场前景。

综上,我国交通行业一方面仍拥有广阔的市场增长空间,另一方面行业需求正在逐步回升,交通行业中聚氨酯制品用量需求得到有力支撑,从而拉动上游聚氨酯扩链剂行业需求增长。

③体育行业

聚氨酯扩链剂在体育行业中主要应用于塑胶跑道等聚氨酯铺装材料的生产,以及健身器材等体育设施及用品。根据中商情报网的数据,2012 年,我国聚氨酯的年消费量中体育行业占10%;在2017年,聚氨酯的年消费量约1,170万吨,体育行业的消费量为 132 万吨,稳居聚氨酯消费总量前五,其占比进一步上升。2012 至 2017 年,体育行业聚氨酯消费量的年均增长率为 10.5%,成为聚氨酯消费总量年均增长率最高的行业。

聚氨酯塑胶跑道具备较强的耐磨性、耐压缩性,以及耐冲击性,依靠强韧的弹性层及缓冲层,可吸收强劲的冲击,减少运动伤害,是国际上公认的最佳全天候室外运动场地坪材料。常用聚氨酯塑胶跑道有全塑型塑胶跑道、混合型塑胶跑道、透气型塑胶跑道等。近年来,国家不断加大在学校内“阳光体育”等项目的投入,鼓励中小学生文体均衡全面发展,并对塑胶跑道的安全性越发

重视,塑胶跑道消费升级的势头不可阻挡。全社会对“绿色跑道”的需求迫切,为塑胶跑道产品的升级孕育了巨大的市场机遇。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

除了塑胶跑道等体育设施领域外,聚氨酯材料还在体育用品中不断深化应用,包括举重器材包胶、滑板旱冰滚轮、保龄球以及足球等。

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据国家统计局的数据显示,2021 年教育固定资产投资 17,571.64 亿元,同

比增长 11.70%,我国 2014 至 2021 年教育固定资产投资情况如下:

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数据来源:国家统计局

根据相关市场咨询机构发布的报告,我国健身器材市场增长迅速。我国全民健身运动的持续推进,也将带动聚氨酯弹性体市场需求继续放量增长。因此,聚氨酯体育用品凭借其耐磨、抗压、有弹性的特性被更加广泛地使用在体育制品的制造中,随着我国体育制品行业需求的进一步提升,将刺激聚氨酯扩链剂这一聚氨酯体育制品的重要原料需求持续增长。

④医疗行业

医疗行业是聚氨酯弹性材料的重要应用领域,通过调整聚氨酯扩链剂在聚氨酯弹性体材料生产中的用量比例及加入时间等,可以合成出具有良好的物理机械性能的医用心脏架桥、缝线、骨架、导管、密封圈、绑带、连接器等医用材料,其耐磨性、韧性以及生物相容性好,在体内降解的周期短。无毒无污染的聚氨酯材料有不引起血栓及人体免疫反应、具有良好的生物相容性等特点,相比其他材料,例如橡胶、硅橡胶、α-烯烃橡胶,更适合被制作成为组织工程中的支架或用于*体器人官**的制造,人工心脏及心脏辅助装置。近几年,聚氨酯弹性材料已经在人工心脏、人工皮肤、骨架的制备方面有了较好的应用。

聚氨酯弹性材料在医疗领域主要应用情况如下:

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

《“十四五”医疗装备产业发展规划》中提出,要攻关先进基础材料,着力攻关如体外膜肺氧合机(ECMO)用中空纤维膜,血液净化设备用透析膜、防护装备用高效过滤材料、可吸收降解材料、高风险造影导丝、大动脉血管支架、腔道支架、冠脉支架、骨科植入材料、心脏瓣膜材料等,推动一批基础材料达到国际先进水平。根据同花顺金融的统计数据,2007 年至 2021 年期间,中国医疗器械市场规模从 535 亿元增长至 9,630 亿元,年均增长率 22.93%。聚氨酯作为耐磨、安全、生物相容性佳的一种新型材料,未来在医疗行业中具有广阔的市场空间,这无疑也将推动聚氨酯扩链剂这一重要原料的需求增长。

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数据来源:同花顺金融

⑤电子器件行业

聚氨酯弹性体作为在电子器件制造中的重要材料之一,主要应用在 LED 显示屏、电路板绝缘涂层、线路板等产品中,用于满足密封、绝缘、防尘、防潮、电路衔接等相关需求。因其配方多变,硬度可调节范围较广,聚氨酯弹性体是电子器件行业良好的灌封材料;同时,聚氨酯弹性体灌封胶有更好的机械性能及粘附性能,通过配方调节,引入抗静电剂、耐水解剂等填料,能够显示出优异的电绝缘性能、耐热性能等灌封材料的优异性能。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:国家统计局

近年来,我国电子信息制造业增长迅速,伴随电子产品小型化的趋势,消费者对于手机、智能手表、智能模块、智能手环等电子产品的防水、防尘性能也提出了更高的要求。在电子信息制造业需求持续增长的背景下,聚氨酯材料及其关键原料扩链剂在此领域中的需求也将同步增长。

⑥军工航天行业

作为改革开放以来*转军**民的代表行业,我国聚氨酯产业最初的应用需求即来自军品生产。军工航天领域使用的电子器件对基础材料的性能要求高,也给了聚氨酯弹性体广阔的用武之地。21 世纪以来,新的技术水平下性能更加优异的聚氨酯弹性体产品不断研发出来,不同的聚氨酯弹性体所具有的高强度、高韧性、耐磨、耐油、耐寒、耐老化、环保无毒、可降解、防水透湿、防风、防寒、抗菌、抗紫外线等物理特性在军工航天关键领域能发挥重要作用,从而带动其在军工航天等高端领域的应用不断扩大。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:国家财政部

目前,聚氨酯弹性体材料在军工航天领域的应用包括相关的军品零部件以及*用军**防护材料等。例如,在军工领域,聚氨酯保护膜产品被应用于直升机桨叶、固定翼飞机迎风面、飞机腹部、机舱内部仪表盘、雷达罩、电子*扰器干**、进气道等关键部件的防护,也应用于储油囊等领域;*用军**聚氨酯保护膜产品用于外部防护,具有优异的防砂石、防盐雾侵蚀的特性,达到减少装备故障率和维护频率、提高装备使用效率的目的。

(2)聚氨酯弹性体已开始替代橡胶、金属、塑料等传统材料,并在新能源及汽车行业扩大应用

①聚氨酯弹性体对橡胶、金属、塑料的替代情况

聚氨酯弹性体是一种性能介于一般橡胶与塑料之间的高分子合成材料,既有橡胶的高弹性,又有塑料的高硬度和高强度,具有卓越的耐磨性(为一般橡胶的 3-10 倍),有“耐磨橡胶之王”的美誉,此外,还具有良好的机械强度、耐油性、耐化学药品、耐屈挠性和优异的耐低温性能。随着聚氨酯行业技术水平的持续提升,近年来,聚氨酯已在部分领域实现对橡胶、塑料、金属等的应用替代。

聚氨酯弹性体相对于传统橡胶具有耐磨性好、抗撕裂能力强、耐溶剂等特性,对传统橡胶的替代作用已逐渐显现。如在橡胶广泛应用的轮胎领域,橡胶轮胎在使用过程中暴露出使用寿命短,耐磨性和抗撕裂强度较差等缺点,尤其是载重汽车轮胎,因负重能力有限,经常导致爆胎事件的发生。聚氨酯轮胎具有耐磨性能好,弹性好、耐油、耐溶剂等特性,此外,美国艾美莱轮胎公司研制出的一种特殊的聚氨酯材料,克服了聚氨酯耐热性相对较差的短板,很好地弥补了传统橡胶轮胎的劣势,对橡胶轮胎具有良好的替代性。随着聚氨酯材料性能和轮胎生产工艺的改进,未来将会实现规模化的聚氨酯轮胎生产。

橡胶作为国民经济的重要基础性材料之一,其市场规模巨大,根据国家统计局的数据,截至 2021 年,橡胶制品行业规模已超过万亿元。随着聚氨酯对橡胶制品在特定领域开始替代,聚氨酯弹性体的市场规模也将迎来巨大的增量空间。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

聚氨酯弹性体相对于金属具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐酸腐蚀等优点,在汽车工业等对轻便舒适性有要求的行业,聚氨酯对金属具有良好的替代作用。随着汽车工业的发展,聚氨酯在现代汽车中的应用也越来越广泛,以聚氨酯合成材料取代金属材料,契合了汽车行业轻量化、舒适安全的发展方向。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

此外,聚氨酯材料还是目前国际上性能最好的保温材料,具有质量轻、保温、防潮、隔音、耐热、防震、耐腐蚀、容易与其他材料粘连,燃烧不产生熔滴等优异特性,使聚氨酯材料对传统的塑料制品在绝热材料、过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料等应用领域产生了很好的替代作用。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

从上述聚氨酯材料对橡胶、金属、塑料等的替代可以看出,聚氨酯材料作为一种新兴材料,其市场发展潜力巨大,市场需求规模具有非常广阔的前景。

②新能源行业对聚氨酯扩链剂的需求情况

国家发展改革委、国家能源局等九部门联合印发的《“十四五”可再生能源发展规划》明确提出,2025 年可再生能源年发电量达到 3.3 万亿千瓦时左右,风电和太阳能发电量实现翻倍。国家能源局发布的数据显示,目前我国风电装机和光伏装机均达到 3.4 亿千瓦。到 2030 年,我国风电、光伏发电装机容量将增长4倍;到2050年风光装机容量将增加15倍,光伏发电容量将增加到20倍。

在风力发电传输领域,聚氨酯电缆保护管可以满足海上风能发电的需求。海洋气候与海底环境多变而恶劣,海底电缆本身既易损又昂贵,必须解决高盐腐蚀、洋底磨损和洋流冲击分散等问题,因此必要的电缆保护解决方案非常重要。聚氨酯电缆保护管具有显著的防磨损、防撕裂、防水解和耐腐蚀功能,能延长电缆使用寿命,助力绿色能源产业发展。

在光伏领域,光伏硅片是光伏发电的核心部件,其切割环境复杂,要求很高。用聚氨酯制作的光伏切割辊,具有优异的耐磨性、抗刮性、坚韧度与高负载性能,能够适应严酷的环境,高效稳定地切割光伏硅片,其应用不断扩大。

随着我国“双碳”战略的推进,风电、光伏产业的快速发展将为聚氨酯扩链剂提供新的广阔的市场空间。

③汽车行业对聚氨酯扩链剂的需求情况

轻量化、绿色环保、舒适安全成为近年来汽车材料发展的三大主题。作为汽车工业常用材料之一,聚氨酯弹性体材料相对于金属具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐酸腐蚀等优点,对金属具有良好的替代作用,已被用于汽车车体的多种构件,包括汽车内外饰件、保险杠及其支架、结构框架等。例如,热塑性聚氨酯弹性体与聚碳酸酯的合金可改善材料韧性、应力开裂性、

断口敏感性而且耐溶剂、耐化学品性,在汽车工业其应用范围不断扩大。以聚氨酯合成材料取代金属材料,契合了汽车行业轻量化、舒适安全的发展方向。

在新能源汽车领域,聚氨酯材料除应用于汽车结构件以外,还大量应用在动力电池及相关配套领域。目前,锂离子电池成为一种大量使用的新能源汽车电池。聚氨酯弹性体独特的软硬段嵌段共聚的结构赋予了其优秀机械性能以及非常宽的硬度可调节范围,使锂离子电池在恶劣的使用工况下依旧可以提供可靠的缓冲、隔振和密封性能,在新能源汽车行业得到广泛应用。此外,新能源汽车充电桩线缆则长期暴露在室外,对线缆材料的性能要求严格。聚氨酯弹性体材料以其良好性能,可满足电动汽车充电线缆外皮的应用需求,近年来新能源汽车市场发展迅速,逐步形成聚氨酯扩链剂的增量需求空间。

4、密封件行业对聚氨酯扩链剂的需求

由于聚氨酯制品的耐磨性、耐油性及耐水解性较好,运用在设备的密封件上,能显著降低机械设备的故障率、增加寿命,聚氨酯密封材料以其良好的性能特点逐渐开始扩大其应用。以扩链剂为代表的聚氨酯助剂在制造聚氨酯密封件的过程中,能够对其进行材料改性,使得其拥有更贴合于密封件应用工况的耐磨、耐热、耐腐蚀、耐水解等机械性能,从而使得聚氨酯密封件拥有耐磨、耐老化、应用温度范围广、耐油、动态性能优异等特点,在高端领域得到了广泛的应用。下游密封件市场的发展壮大,势必带动对聚氨酯助剂的消费规模。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:海关总署

聚氨酯作为密封材料,扩链剂在聚氨酯密封件生产过程中的使用,是影响密封件性能的核心要素。国家产业政策层面鼓励并推动密封材料技术的发展。

聚氨酯密封材料是当前国际主流的密封材料,随着液压气动机械市场的发展壮大,聚氨酯密封件需求前景广阔,也将进一步带动聚氨酯扩链剂的需求增长。

5、胶粘剂行业对聚氨酯扩链剂的需求

聚氨酯胶粘剂属于八大合成胶粘剂中之一,具有优异的抗剪切强度、抗冲击特性、柔韧性,能适应不同热膨胀系数基材的粘合,不仅粘接力强,同时还具有优异的缓冲、减震功能。同时,聚氨酯胶粘剂还具有低温、超低温性能,低 VOC、低/无环境污染、阻燃等特点,适用于各种结构性粘合领域,使其应用范围不断扩大并向高端领域延伸,尤其在热熔胶市场用途不断拓展。

聚氨酯胶粘剂广泛应用于汽车、建筑、包装等领域,性能优良,被认为是国内最具发展潜力的胶种之一;聚氨酯密封件广泛应用于机械设备、汽车、建筑等多个领域,品种越来越多,可以满足各种用途的需求。

2020 年 10 月中国胶粘剂和胶粘带工业协会发布《胶粘剂和胶粘带行业“十四五”发展规划》提出:鼓励和促进水基型、热熔型、无溶剂型、辐射固化、改性、生物降解等低 VOCs 含量的胶粘剂和胶粘带产品的发展。中国聚氨酯胶粘剂工业增长较快,逐步向汽车、木材、鞋用、包装物、建筑等领域开始扩展。根据前瞻产业研究院统计的中国胶粘剂和胶粘带工业协会数据,2020 年,我国胶粘剂产量达到 923 万吨,自 2007 年以来的年均增长率达到了 8.17%。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:华经产业研究院

6、涂料行业对聚氨酯扩链剂的需求

聚氨酯涂料由于其固化简单、物理机械性能优异,在防水涂料、木器涂料、汽车修补漆、防腐涂料以及汽车原厂漆等方面具有越来越广泛的应用,占比不断提升。根据中国聚氨酯工业协会相关数据,聚氨酯涂料在整体涂料行业中的未来复合增长率预计将达到 8%。

聚氨酯涂料性能优异,在建筑、建材领域应用广泛。其中聚氨酯防水涂料、聚氨酯发泡保温材料、聚氨酯灌浆材料等是应用于建筑建材领域最广泛的涂料。聚氨酯防水涂料在民用建筑领域应用广泛,其优势在于与基层无缝粘结、拉伸强度高、耐水性优良;地铁车站深基坑防水施工一直是车站工程施工的难点与重点,采用聚氨酯防水涂料可以在顶板基层形成全包柔性防水构造,保障工程质量和施工安全;聚氨酯泡沫是最常见保温材料之一,由于其导热系数低,且喷涂施工可以使得泡沫无接缝、无冷桥,故在建筑保温隔热、家电等领域应用广泛;聚氨酯嵌缝胶是一种低模量、流平型聚氨酯嵌缝材料,其可灌入各种水平的伸缩缝、结构缝中,作为弹性密封材料,具有粘结强度高、模量低等特点,可有效适应伸缩缝产生的形变。

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

国内使用聚氨酯防水涂料的时间较晚,但发展速度较快,其已成为我国住宅用涂料的重点发展品种。作为建筑业防水材料的重要组成部分,在室内防水和露天防水均有广泛的应用,成为国内最常用的反应型防水涂料之一。

根据中国建筑防水协会统计,2021 年建筑防水材料总产量为 40.92 亿平方米,同比增长率达到 8.4%。根据《建筑防水行业“十四五”发展规划和二〇三五年远景目标》,预计到 2025 年,国家主要防水材料总产量将达到 50 亿平方米;根据前瞻产业研究院相关预测数据,预计 2024 年全国防水涂料的产量将突破 520 万吨,整个聚氨酯防水涂料市场具有广阔的市场空间和发展前景。2016年至 2020 年涂料销量统计情况如下图所示:

聚氨酯材料行业,高分子材料主要研究方向

数据来源:国家统计局,中国涂料工业协会

综上,由于聚氨酯防水涂料在建材领域的运用广度和深度都有所提升,将推动聚氨酯防水涂料需求快速增长。