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        聚氨酯在我国战略性新兴产业中举足轻重

        浏览次数: 日期:2013年7月17日 14:59
        据中国PU工业协会统计,2011年我国PU行业产量增长约15%,达到700万吨,生产和消费规模居世界首位。预测到“十二五”,我国PU产品年消费量将达到900万~1000万吨,实现产值将达到2700亿~4000亿元。   战略性新兴产业(节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造业、新能源、新材料、新能源汽车)是我国未来国民经济发展的支柱产业。到2015年,战略性新兴产业增加国内生产总值比重将达到8%左右,到2020年将达到15%左右。   近年来,我国国民经济发展已充分表明,聚氨酯与战略性新兴产业有着极为密切的关系,聚氨酯产业有力地促进了我国战略性新兴产业的发展。毋庸置疑,PU在我国战略性新兴产业中具有重要的地位和作用。 实现建筑节能目标的环保材料 1、建筑节能是国家长期坚持的一项国策   在全球金融危机影响下,我国国民经济能否保持持续稳定发展,能源问题已成为一个突出矛盾。目前,国内建筑能耗占社会能耗比重已超过28%,北方地区超过总能耗40%,我国采暖系统能耗约为发达国家的2~5倍。   国家住房和城乡建设部已出台了一系列建筑节能政策,未来几年全国城镇新建建筑实现节能50%,北方和沿海经济发达地区新建建筑实现节能65%,北京等大城市要求节能达到75%。国家财政部和住建部最近出台了有关绿色建筑政策,力争到2020年,绿色建筑占新建筑比重超过30%。   有专家指出,如果新建建筑全面强制实施建筑节能设计标准,并对现有建筑有步骤地推行节能改造,则到2020年我国能耗将减少3.35亿吨标准煤,空调高峰负荷可减少约8000万千瓦/小时,大约接近4~5个三峡水电站的满负荷电力,相应可减少电力投资约1万亿元。   由此表明,建筑节能已成为影响我国能源可持续发展战略决策的关键因素,是我国长期坚持不可动摇的国策。 2、PU是实现建筑节能目标的综合性能优良保温材料   众所周知,在实行建筑节能各项措施中,采取保温隔热措施是防止建筑物能耗损失最经济、最有效的办法。实践证明,PU材料是目前国内外满足节能、环保和安全要求的最理想外保温隔热材料。   PU硬泡保温材料的导热系数可达到0.017~0.024 W/m·K,是目前有机和无机保温材料中导热系数最低、在外保温系统将会得到大面积推广应用的一种材料。在达到同样隔热效果条件下,其使用的保温层厚度最小。PU保温材料具有优良的力学性能、防水性能、耐高低温性能。与其他有机保温材料如EPS、XPS和酚醛相比,是一种综合性能优良的保温材料。PU保温材料的产品形式多样,主要有喷涂、浇注、板材(包括不锈钢、铝材夹芯板材和水泥等无机材料复合板材、各种石材、木材夹芯板材等)。其产品形式之多样,是目前任何保温材料无法与之相比的。PU材料可应用于墙体结构外墙、屋面、地面和门窗等部分。PU节能玻璃门窗框导热系数比铝小729倍,比塑钢和铝合金门窗有明显的隔热节能效果和防腐性能。PU材料在建筑结构中应用面之广、节能效果贡献率之高,是目前任何保温材料无法比拟的。 3、PU是实现低碳绿色建筑的一种不可或缺的环保材料   据有关资料报导,使用1立方米PU保温材料,每年能减少CO2排放量270千克。按1年消耗100万吨PU保温材料计算,则1年可减少CO2排放量700万吨。到2030年建筑节能采用保温处理后,将使温室气体减排达到56亿吨。由此可知,PU保温材料在建筑节能领域中的推广应用,无疑对改善全球空气质量,并为提高人民日常生活水平,创造优良的环保环境将起着十分重要作用。 4、阻燃A级热固性PU/无机复合材料是一种理想的外保温材料   该复合材料由阻燃B1(或B2)级PU为芯材、阻燃A级无机材料为面层而构成,该复合材料具有如下优点:   (1)保温性能和防火安全性能兼优:该材料导热系数为0.020~0.024 W/m·K,防火安全性能达到A级,可达到“小火不点燃,中火不延燃,大火不快燃”效果。   (2)轻质:面层采用耐碱水泥基玻纤网格布或轻质水泥砂浆,具有轻质效果。   (3)外保温体系质量安全性高:该复合材料与水泥砂浆保温层之间的相容性好、粘接强度大、粘结层无缝隙,确保体系长期保持优良的保温和安全性能。   (4)现场施工方便:该材料工厂化生产,现场施工方便,施工效率高。 (5)现场防火安全性高:由于该材料面层为阻燃A级材料,即使有意外火源落入,也不会引起板材点燃。   近年来,此种PU复合保温材料生产线似雨后春笋般迅速发展。据初步了解,目前国内已有300~400条生产线,年产能已达到3亿~4亿平方米。该复合材料已得到北京、江苏省和新疆自治区和其他有关省市高度认可,在北京老旧房改造和新建建筑、南京保障房建设中已得到大批量使用,已成为绿色建筑外墙建设的首选材料,是具有中国特色的全球最优的理想外保温材料之一。江苏绿源新材料有限公司和雅达建筑新材料(上海)有限公司,是目前国内生产此种保温材料产能、产量和销量位居前列的企业。 5、PU保温材料在国外成功应用   在国际上,聚氨酯材料以其优异保温性能在建筑节能保温领域有着大量成功且普遍的使用实例。在欧美经济发达国家,在建筑保温隔热材料中有50%比例采用聚氨酯保温材料。在北美尤其加拿大等地区,聚氨酯用于建筑保温的市场份额每年都以5%以上的速度递增。在日本,喷涂聚氨酯用于墙体的保温材料已占到有机保温材料市场份额的50%以上。   在经济发达国家和地区如欧美、日本等,几十年来聚氨酯保温材料一直被广泛应用,已成为建筑保温材料重要组成部分,是改善能源、减少CO2排放的重要手段。据美国聚氨酯协会调查表明,在美国采用喷涂聚氨酯材料对墙体和屋面进行保温,使用寿命已超过26年,97.6%工程未出现问题。聚氨酯保温材料在欧美外墙外保温领域已有30多年的成功应用历史,目前在建筑市场上依然是主流。   最近美国公布了其2011年的PU喷涂泡沫市场情况,数据显示喷涂聚氨酯泡沫的产量比2010年上涨了7.6%,总计20万吨。喷涂泡沫的多用性使得其在全球的需求量显著增长,而且政府和个人也越来越注重节能环保。虽然房地产市场不甚理想,经济形势也是摇摇欲坠,但是美国仍然是喷涂聚氨酯泡沫最大的生产国和消费国。装修市场是喷涂聚氨酯泡沫最大的应用领域,而且全美有60.7万户家庭需要保温升级。此外,2010~2011年北美喷涂聚氨酯泡沫产量上涨了8.3%。   据美国飓风重灾区佛罗里达洲报导,采用了美国陶氏化学牌号为Syrofoam喷涂PU泡沫保温材料,在抗击美国飓风灾害中发挥了巨大作用。证明该材料具有抗击飓风风压、水灾、保护建筑物的效果,已得到美国有关建筑部门认可。   又据美国国家协会营建研究中心研究结果表明,闭孔PU泡沫是目前惟一一种可增加墙体结构完整性的保温材料。与传统玻纤隔热层相比,喷涂PU泡沫隔热层的抗变形、抗切变能力提高了2~3倍。此种材料还被美国联邦紧急事务管理局认定为一种耐腐蚀材料。 先进的高分子新材料 1、PU枕木新材料   PU枕木是一种玻纤增强的硬质PU泡沫复合材料,具有比强度大、减震、降噪、电气绝缘性好、高耐久性和环保等优良性能。其优良的高铁性能与采用PU枕木有着密切关系。因其价格昂贵,目前在全球和国内高铁、地铁未能得到大量推广应用。根据国家高铁发展规划,为了适应高铁提速要求,开发高性能、低成本PU枕木新材料,以取代或部分取代混凝土枕木必将是未来发展方向。 2、PU电线杆新材料   PU电线杆是一种纤维增强的PU复合材料,采用缠结成型工艺制成。此种材料已由拜耳材料科技与加拿大Resin System(RS)公司合作开发成功。我国国网电力科学研究院武汉南瑞公司也开发成了相似产品,称之为PU复合材料杆塔。此种材料具有优良的绝缘性能、力学性能、以及显著的耐化学腐蚀和耐候性等,可有效降低由于污闪、雷电、大风、冰闪等导致输电线路事故率,同时节约土地资源,减少电网钢材用量,降低输电线路的综合运行与维护成本。PU电线杆材料质轻,重量仅为混凝土电线杆和钢材电线杆的1/10。其使用寿命长,在普通气候条件下可使用125年,在最恶劣气候条件下至少有65年使用寿命。可广泛用于电力输配电系统,也可用于无线网络和微波通讯系统。PU电线杆新材料在电力输电系统具有重要的应用价值。 3、SPS/PU复合材料   SPS是由PU与钢材构成的一种具有夹层结构的材料,即在两层钢板之间注入PU弹性体而形成的一种结构型复合材料。与钢材相比,SPS板材具有质量轻、抗冲击、耐疲劳、减震、消音、隔热以及结构简单、加工方便等优点,可作为能承受较大外力的结构件,可替代钢质构件应用于船舶、桥梁、渡桥和高层建筑等领域,成为国内外PU和钢质材料界关注的一个热点。   SPS已由委内瑞拉成功地应用于滚装船。据报道使用SPS复合构件可改善船体主装卸货机性能,还可延长船舶使用寿命和航行中的安全性能。据英国智能工程公司介绍,SPS在北欧已普遍应用,主要用于货船和滚装船。目前新加坡和马来西亚也正在开发SPS复合材料。   我国国内造船厂2008年已有10多个项目使用涉及SPS复合材料。SPS复合材料在我国造船、桥梁和建筑领域有着广泛的应用价值。 巴斯夫已成功地采用SPS夹芯板材(夹芯层厚度只有45毫米),用于长236米、宽8米的加拿大大型道森桥梁。该桥梁每天有1.7万多辆车通过,桥性能稳定、桥梁施工方便、采用螺栓固定技术避免了现场焊接工艺带来的麻烦。由此获得2011年加拿大建筑创新应用奖。 4、PU秸秆板材新材料   以改性MDI为粘结剂、利用废弃植物秸秆为原料,制成PU秸秆板材。此种板材具有优良的耐水性、防潮性和耐候性,且不含甲醛,是一种新型的生态绿色环保人造板材。此种板材已在国内绿色建筑中得到了广泛应用。烟台万华PU秸秆板材技术和产业化已荣获国家科技进步二等奖。国家计划将秸秆利用率在“十二五”期间提高到80%,其中秸秆板材部分要达到秸秆总量4%。这意味着一年将有2000多万吨秸秆板材消费,相当于400亿元产值。美国亨斯曼公司也开发成了此种板材,并在国内外建筑市场上得到了应用。 新能源领域应用广泛 1、PU材料在太阳能新能源上应用 太阳能电池用TPU薄膜材料 德国拜耳材料科技有限公司开发成功耐光型TPU薄膜,替代传统乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)薄膜。不仅使得太阳能电池生产更为方便和快捷,也大大提高了太阳能电池的发电效率。TPU薄膜可通过熔融修复太阳能电池,使昂贵的太阳能电池再次重复使用,从而大大降低了成本。TPU薄膜比EVA粘结更结实,储存更简便。   太阳能光伏模块框架用PU材料 德国巴斯夫成功地采用聚氨酯RIM系统(Cold-FAST),用于光伏模块框架,提高了太阳能转化效率,并能加快框架的安装效率,降低了生产成本。   PU光电板材新材料 欧洲Europontex研制成一种太阳能光电板材,该板材以PIR泡沫为芯材,内置光电电池,可产生1000 V/m2电量。该新产品是一种具有吸引力的新型太阳能光电新材料。 2、PU材料在风能新能源上应用   风能发电是目前世界上新能源领域发展最快的技术之一,我国国士广阔,有着巨大风力资源。根据国家发改委计划,我国风能装机容量2010年将达到5000 兆瓦,2020年达到3万兆瓦,2020年将占国内总发电量的15%左右,也将成为全球主要风力发电国家之一。未来10年内我国将形成一股风电投资热。   风电发电机的叶片是极为重要的关键部件,约占总成本的15%~20%。叶片技术与复合材料技术密切相关,目前大型风机发电机叶片是由各种复合材料制成。对于叶片,除了要求大型化外,还要求高性能化(高比强度、抗疲劳、抗冲击、耐化学腐蚀和抗高低温等性能)、轻量化和低成本化;目前,制造5 兆瓦风机要求叶片长50米、制造7~10兆瓦风机要求叶片长度达到60米。研制先进的风机叶片复合材料及其适于大型树脂复合材料构件制造的先进可靠的成型固化技术,成为发展风力发电制造的关键技术。目前制造风机叶片的基本树脂材料主要有聚酯树脂(UPR)、乙烯基脂树(VER)、环氧树脂(EPR)等。增强材料为高强玻纤、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维等。   由风机叶片对材料性能的技术要求可以看出,微孔PU弹性体材料完全可以达到这些性能要求,其韧性将超过UPR、VER和EPR。德国拜耳几年前就已开始研制风机叶片聚氨酯复合材料的制造技术,目前已达到实用水平。   近期,美国风能产品制造商Wind Sail Receport公司宣布最新推出的PU风机叶片取得重大突破,此种风机叶片材料由拜耳材料科技公司提供。报道称,该复合材料是由MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)与两种多元醇和玻纤构成。该叶片具有质量轻、耐候性好和使用寿命长等优点,风机功率大幅得到提高,制造成本与环氧树脂叶片相当。   近来,美国雷可德(Reichhold)集团公司推出了DION31040-00聚氨酯复合树脂风机叶片复合材料。报道称,该产品具有优良的低粘度、高活性、抗冲击、高韧性等性能,比传统聚酯、乙烯树脂和环氧树脂具有更好的机械和工艺性能。该公司介绍研制此种复合材料主要目的是改善聚酯树脂的韧性,使其具有更强的抗冲击性能,此种PU复合材料与纳米蒙托土和碳纤维完全相容。   由此可知,PU复合材料作为风机叶片在技术上是可行的,美国已达到实用阶段,这无疑将给PU新型弹性体开辟了巨大的潜在市场空间。   最近,拜耳公司获得美国能源部75万美元资助,开发碳纳米管/PU弹性体复合材料,用于制造风机叶片。该叶片具有质量更轻、强度更大、功率更强等优点。为了改善环氧树脂风机叶片易变形的缺点,提高其使用寿命,目前国外均采用PU涂料和PU胶黏剂。   PU涂料在风机叶片上应用 美国知名PPG涂料公司近期推出采用牌号为HSP-7401 PU底漆、HUE-5000 PU面漆,成功应用于风机叶片和风机塔筒。该涂层表面光滑,具有优良的抗风化、抗腐蚀性能,可降低环境、气候等外界条件对叶片造成的破坏作用。PPG公司开发成了Sigma Dur568 PU涂层,用于风机塔筒和其他钢结构机械设备。又开发成了Sigma Shield880厚膜型PU涂料,主要用于海上风机叶片飞溅区的维护,具有优良的防海水腐蚀性能。1.5 兆瓦风机叶片一般要消耗900 千克PU涂料。   国内西北永新集团与西北师大合作开发成氟硅改性PU涂层,并用于风机叶片。该涂层具有优良的耐候性、耐磨性、耐冲击性、耐风沙性、耐紫外光和抗结冰性等性能。   另外,德国汉高通用工业粘合剂部门开发成了新型PU粘合剂Macroplast UK1340,用于风机叶片粘结。该产品可提高固化速度,提高叶片生产效率。其固化速度远高于目前使用的环氧粘合剂,固化放热较少,固化温度低,固化时间也短。尤其重要的是,该产品满足了风机叶片粘结所需的机械强度要求。1.5兆瓦风机叶片平均消耗600千克PU胶黏剂。 3、PU相变储能新能源材料   相变储能是利用材料在相变过程中吸收或放出能量的原理而实现。当外部温度高时,材料吸收能量(起降温作用);当外部环境温度降低时,材料释放能量(起升温作用)。相变储能材料是新能源利用和节能技术领域研究的重要组成部分,目前相变储能材料的研究主要集中在固-液相变材料和固-固相变材料。然而固-液相变材料在相转变过程中有液相出现,容易发生泄漏,很大程度上限制了它的应用。固-固相变材料不存在此缺点,具有更广阔的应用前景。   聚氨酯相变材料不仅具有较大的相变潜热和稳定的理化性能,同时相变温度范围广且可调,可以通过调整材料软硬段比例而获得所需要的相变温度范围。PU弹性体是一种性能优异的固-固相变储能新能源材料,具有巨大的开发应用前景。