几种热塑性弹性体的产需现状和发展趋势钱伯章(上海擎督金秋石化科技传播工作室,上海 200127) 摘要:介绍聚烯烃热塑性弹性体(包括TPO 和TPV )、苯乙烯类热塑性弹性体(SBC ,包括SBS ,SIS ,SEBS 和SEPS )和聚氨酯热塑性弹性体(TPU )的国内外产需现状和发展趋势。
目前世界TPO 的年消耗量为56万t ,TPV 的年需求量为15189万t ,预计2005年TPO 的需求量为68万t ,2010年TPV 的需求量为4514万t ;我国TPO 和TPV 的产量小、品种少,生产和应用技术有待提高,预计2005年TPO 需求量约为513万t 。
世界SBC 的年总生产能力超过160万t ,2004年SIS 的年生产能力约为38万t ;我国SBC 的产量和品种不能满足需求,2003年SBS 的产量为2215万t ,SIS 的消耗量为115万t 。
世界TPU 的年消耗量增长速度约为10%,我国TPU 原料仍依靠进口。
关键词:热塑性弹性体;聚烯烃热塑性弹性体;苯乙烯类热塑性弹性体;聚氨酯热塑性弹性体中图分类号:TQ334 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2005)0620371208 作者简介:钱伯章(19392),男,江苏南通人,上海擎督金秋石化科技传播工作室高级工程师,主要从事石油化工技术及经济信息调研和传播工作。
热塑性弹性体(TPE )具有橡胶的物理性能和树脂的加工工艺性能,近年来发展很快。
目前,TPE 已有聚烯烃热塑性弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯热塑性弹性体、聚氯乙烯热塑性弹性体、聚酰胺热塑性弹性体和含氟热塑性弹性体等十几个品种,可替代SR 用于鞋部件、汽车配件、医用制品、密封制品、电线电缆、胶粘剂和密封剂等产品中。
2003年世界TPE 消耗量为180万t 。
据美国Freedonia 集团公司预计,2006年世界TPE 消耗量将接近220万t ,总产值将超过110亿美元;2001～2006年,世界TPE 的消耗量年均增长率为6.4%,其中欧洲为4.4%,北美为5.7%,亚太地区超过8%,拉丁美洲则达到10%[1]。
本文介绍聚烯烃热塑性弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体和聚氨酯热塑性弹性体的国内外产需现状和发展趋势。
1 聚烯烃热塑性弹性体聚烯烃热塑性弹性体由橡胶和聚烯烃树脂构成,采用机械共混法和动态部分硫化法制备的聚烯烃热塑性弹性体称为TPO ,采用动态全硫化法制备的聚烯烃热塑性弹性体称为TPV 。
TPO 和TPV 的橡胶组分主要为EPDM ,NBR 和IIR ,聚烯烃树脂组分主要为PP 和PE 。
橡胶组分质量分数为012～013的机械共混型TPO 一般用于汽车保险杠及家用电器配件等;橡胶组分质量分数为016～017的动态部分硫化型TPO 和TPV 的耐动态疲劳性能优异,耐磨、耐臭氧老化及耐候性能好,撕裂强度高,压缩变形小,制品的综合性能优于同类橡胶制品。
目前,TPO 和TPV 在汽车配件上的用量占总产量的75%以上。
111 TPO 11111 生产能力美国、西欧和亚洲不断建设TPO 生产装置。
比利时索尔维工程聚合物公司(索尔维公司的子公司)的TPO 年生产能力为11.8万t ,其TPO (主要用于汽车工业)在北美市场占主导地位,占市场份额的48%,竞争者英国巴塞尔公司占19%,美国埃克森美孚化学公司占13%。
日本三井石油化学工业公司在新加坡建立了采用茂金属催化剂合成技术的年生产能力5万t 的三聚物TPO 生产装置,这种TPO 在汽车配件上的应用不断扩大。
另外,该公司还将在欧洲(比利时、德国或荷兰)建立TPO 生产装置。
日本住友化学工业公司在日本千叶有1.5万t TPO 的年生产能力,在美国科尼尔斯建设的TPO生产装置于2004年投产。
该公司与美国雪佛龙菲利浦斯化学公司的合资企业菲利浦斯2住化聚丙烯公司也在美国生产TPO,并考虑在东南亚建立TPO生产装置。
日本电气化学工业公司将使其千叶的乙烯2醋酸乙烯2丙烯酸酯TPO年生产能力翻番,由1000t扩大到2000t。
基于PP反应器的热塑性弹性体称为R T2 PO,R TPO的生产成本较低,可替代机械共混型TPO。
中国台湾省台塑集团在美国康福特角采用德国巴斯夫公司技术生产少量R TPO;为增强在北美市场上的竞争力,该集团还将采用日本窒素公司技术生产R TPO。
近期,台塑集团将使其美国康福特角PP的年生产能力扩大6.4万t,达到74.5万t;R TPO在年生产能力为18万t的抗冲击PP生产线上生产。
据称,北美现在的R T2 PO年需求量约为10万t,年增长率为15%,而普通TPO的需求量年增长率为2%～3%。
台塑集团的R TPO主要针对汽车工业等市场。
11112 市场需求目前,世界TPO的消耗量约为56万t,未来几年TPO的消耗量年增长率将高于TPE,达到7.5%左右;预计2005年世界TPO的需求量约为68万t。
TPO可在近百种汽车配件中应用,国外已基本采用TPO替代橡胶制备汽车配件。
目前国外每辆轿车上TPE的用量约为10kg。
就EPDM/ PP TPO而言,其性能与PU相近,但生产成本比PU低10%～20%,用其制备的保险杠外表美观,高速撞击时不易碎裂。
采用EPDM/PP TPO制备汽车保险杠已成为发展趋势,如日本约有80%、西欧约有60%的汽车保险杠采用EPDM/ PP TPO制备。
近年来我国汽车工业呈超高速增长势头,我国已成第四大汽车生产国。
2003年我国汽车产量为444.37万辆,2004年为507万辆。
未来多年我国汽车工业都将保持快速增长的势头,预计2010年汽车产量将达到800万辆,其中轿车产量增幅最大。
2003年我国仅在汽车保险杠和仪表板上EPDM/PP TPO的消耗量就达到1.71万t,预计2005年我国汽车工业的EPDM/PP TPO需求量将达到218万t左右。
除汽车工业外,电线电缆行业也是TPO重要的消费领域,而家用电器领域中TPO的消费潜力较大,国外众多洗衣机配件采用EPDM/PP TPO制备,我国由于成本问题,目前只有海尔公司和小天鹅电器公司使用EPDM/PP TPO配件。
预计2006年除汽车工业外,我国的TPO消耗量约为1.7万t。
预计2005年我国TPO的需求量约为5.3万t;未来几年,我国TPO的需求量都将以10%～15%的年增长率高速增长,2010年TPO的需求量将达到8万～10万t。
11113 新生产技术反应器直接制备技术和茂金属催化剂合成技术是TPO的新生产方法[2]。
(1)反应器直接制备技术反应器直接制备TPO不仅产品性能较好,而且省去了橡胶合成、粉碎及材料共混挤出过程,生产成本较低。
如巴塞尔公司采用特种催化剂在聚合阶段制备软聚合物,再直接制成TPO;埃克森美孚化学公司采用新型反应器并结合茂金属催化剂合成技术制得的柔性聚烯烃热塑性弹性体(TPOs)硬度和抗冲击性平衡性好[3]。
随着反应器直接制备TPO技术的不断发展,欧美国家已逐渐用反应器直接制备TPO替代机械共混型TPO。
1999～2003年反应器直接制备TPO需求量年均增长率为13%,预计欧美地区未来几年需求量年均增长率将达到15%左右,亚洲国家略低。
(2)茂金属催化剂合成技术近年来国外采用茂金属催化剂合成技术制备了许多新型高性能TPO,如杜邦2陶氏弹性体公司等开发的TPO复合物及合金具有耐高温性能好、熔体强度高、加工性能优及终端产品使用性能较佳的特点。
埃克森美孚化学公司利用茂金属催化剂和新型溶液聚合工艺生产出丙烯2乙烯Vis2 tamaxx系列TPO,该TPO既可制备柔性薄膜,又可制备高硬度的制品。
(3)其它通过纳米配合剂和动态硫化技术相结合,可以制备高性能TPO。
采用辐射硫化技术制备高性能TPO正成为热点,值得国内业界高度重视。
11114 我国研究与应用我国TPO的研究和应用起步较晚,但近年来随着我国汽车工业的高速发展,加之轿车塑化与轻型化的发展趋势,国内对TPO的需求量猛增,TPO的研究和应用发展加快,部分国产汽车TPO专用料已开始替代进口产品。
大连理工大学开发的系列EPDM/PP TPO 可制备保险杠、内饰件、仪表板、风机罩、轮罩和箱包等30多种汽车配件,产品已在奥迪、捷达和夏利等轿车中应用。
北京化工研究院开发的EP2 DM/PP TPO可替代同类进口材料制备汽车保险杠和仪表板,产品已在上海桑塔纳、一汽解放轻型载重汽车和二汽重型载重汽车上使用,累计装车超过150万辆。
中科院长春应用化学研究所以PP为基础树脂,EPDM为增韧剂,过氧化物为交联剂,加入刚性填料、滑石粉和碳酸钙,开发出汽车保险杠专用TPO。
福州塑料研究所开发的新型改性EPDM/PP TPO强度、刚度和热变形温度较高,熔融流动速率适当,可以用于汽车保险杠和仪表板。
中国石油吉林石化公司研究院建有年产能力1000t的EPDM/PP TPO生产装置,生产的J H H222和J H H2222.2E1等3个牌号的TPO 可用于30多种汽车配件,产品主要为一汽公司生产线配套。
中国石油北京燕山石化公司树脂应用研究所将PP、EPDM和云母粉共混制得的抗冲击和耐屈挠性能好的TPO可用于注塑汽车仪表板和其它配件。
中国石化金陵石化公司研究院以高熔融指数本体聚合物PP为基础树脂,采用非过氧化物交联体系,研制出PP/EPDM/PE TPO 汽车保险杠。
与用传统的有机过氧化物相比,采用非过氧化物制备TPO保险杠生产工艺简单、产品质量好。
辽阳石油化纤公司用均聚物PP、EPDM、相容剂和滑石粉共混,研制出抗冲击强度高的汽车保险杠。
中国石化洛阳石油化工总厂以PP和EPDM为主要成分研制出综合性能优良的汽车方向盘TPO专用料。
另外,国内还有许多科研机构和企业开发洗衣机及电线电缆TPO专用料[4]。
我国目前仅有几套年生产能力达千吨级的TPO生产装置,且产品主要为机械共混型TPO。
国产TPO无论是在质量、数量还是在品种上都无法完全满足市场需求,许多汽车专用TPO仍依赖进口。
今后我国要采用自行开发和引进相结合的方法加快动态硫化技术、反应器直接制备技术、茂金属催化剂合成技术的开发及生产装置建设;重点开发汽车工业用TPO;加强TPO纳米复合材料和新型TPO合金开发;拓展TPO应用领域,加快TPO在医疗、光学和电子电气等方面的应用;开展TPO制品的活化回收,提高TPO的重复利用率,全面提高我国TPO的生产和应用技术。
112 TPVTPV是TPE中发展最快的品种。
目前,世界TPV的年需求量为15.89万t,预计2010年将达45.4万t。
北美TPV的年消耗量约占世界消耗量的5%,日本约占10%,预计到2010年北美和日本的消耗量占世界消耗量的40%～60%,需求量将达到26万t。