烟台万华全球单线产能最大的TPU生产线投产！附TPU工艺技术及应用盘点
近日，由中国化学所属十四公司承建的烟台万华TPU三期-2扩建项目顺利中交，项目新增的TPU产线是目前全球单线产能最大的TPU生产线。
万华化学于2023年11月公示了年产12万吨热塑性聚氨酯弹性体扩建项目（二期变更）的环境影响报告书报批前信息。此次变更的项目就是三期二阶段，主要变更内容包括原辅材料变更、生产线变更两个方面，变更前后项目产能不变，但主要建设内容发生了调整，包括新建3条多元醇生产线、2条TPU生产线，生产规模为4万吨/年聚酯多元醇、5万吨/年TPU。
据了解，万华化学烟台产业园项目分三期建设TPU装置，并且都取得了环评手续，TPU产能合计达21万吨/年。其中一期工程建设6万吨/年多元醇装置、6万吨/年TPU装置；二期工程建设2.5万吨/年多元醇装置、3万吨/年TPU装置；三期工程建设9万吨/年多元醇装置、12万吨/年TPU 装置。
在TPU领域，不只是万华化学在扩大TPU生产规模，巴斯夫、科思创、路博润、美瑞新材、华峰化学等TPU生产企业都在积极加大技术研发投入。
例如，巴斯夫湛江一体化基地项目第二套TPU生产装置（主要生产注塑级TPU）于2024年1月成功投产，该装置是巴斯夫全球最大的单一TPU生产装置。同时，巴斯夫于2024年4月宣布扩大Infinergy®高性能材料的产品潜力，Infinergy®是世界上第一种膨胀型热塑性聚氨酯（E-TPU），弹性大且耐用性。同时，巴斯夫还在上海、中国台湾和日本拥有多个TPU生产装置。科思创国内在TPU领域连续二次宣布投资：2024年9月科思创宣布将在中国广州建立一个新的热塑性聚氨酯（TPU）亚太应用开发中心；2023年9月科思创已启动在珠海建造其最大的TPU工厂，待2033年全部建成后，最大年产能将高达12万吨。
TPU（热塑性聚氨酯弹性体）是什么
TPU（热塑性聚氨酯弹性体）具有高强度、高韧性、耐磨、耐油等优异的综合性能，是高端制造领域产业转型升级的关键材料，广泛应用于日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域。
热塑性聚氨酯弹性体化学结构为一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高分子量（1000~6000）的聚酯或聚醚，B为含2~12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是二异氰酸酯。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。
图一 常见TPU结构
热塑性聚氨酯弹性体制备工艺
TPU的合成方法按有无溶剂可分为两类：无溶剂的本体聚合法和有溶剂的溶液聚合法。本体聚合按反应步骤又可分为一步法和预聚体法。
图二 生成氨酯基反应
一步法是将低聚物二元醇、二异氰酸酯和扩链剂同时混合生成。一步法工艺简单，操作方便，但其反应热难以排除, 易产生副反应。
预聚体法是将低聚物二元醇和二异氰酸酯先反应，在少量催化剂条件下与干燥的扩链剂合成。预聚体法在制作中的工艺过程较复杂，耗能高，制成的预聚体粘度大，增加了工艺操作难度。但预聚体副反应少， 制成的产品性能优于一步法。
图三 TPU常见制备工艺
热塑性聚氨酯弹性体性能特点
NO.1 硬度范围广
通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性。
NO.2 机械强度高
TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出。
NO.3 加工性能好
TPU可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工，如注射、挤出、压延等。同时，TPU与其他高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金。
NO.4 耐寒性突出
TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。
NO.5 高耐磨性
与其它材料相比，其Taber磨耗指数高，耐磨性优异。
热塑性聚氨酯弹性体的应用
TPU是高速发展的行业， 与之相关的新技术、新产品及新用途不断涌现，TPU的用途几乎延伸到各个行业， 目前已被广泛应用于鞋材、服装、管材、薄膜和片材、线缆、汽车、建筑、医药卫生、国防及运动休闲等许多领域。TPU被公认为一种绿色环保、性能优异的新型高分子材料。
目前TPU主要以低端消费为主，其高端消费领域基本被一些跨国公司主导， 包括德国拜耳、巴斯夫， 美国路博润、亨斯迈等都在增加新产品的研发力度， 具有高附加值的TPU产品不断被开发并投入市场， TPU材料已成为发展最快的热塑性材料之一。
NO.1 工程用TPU
日本日本新干线铁路线根据的隧道施工和公路桥梁所铺的钢轨便是选用了TPU材料。这一新的运用充分运用了聚氨酯弹性体质轻、抗撕裂好、抗老化的特性，具有营销推广使用价值。
NO.2 矿山开采用TPU
煤矿业、金属材料及矿山企业，对超耐磨、高韧性而又颇具延展性的非金属材料材料需要量非常大。目前，煤场用聚氯酯延展性挑选板替代沉重的金属材料筛板，不但大大的增加了筛板的使用期限，并且急剧下降了实际操作了自然环境的噪声，节能减排实际效果显著。
NO.3 医疗TPU
优良的相溶性、血液相溶性、无各种各样添加物是TPU在医疗服务行业得到运用的关键缘故。
NO.4 鞋用TPU
TPU材料具备缓存性能好、质量轻、耐磨损、地面防滑等优势，目前已变成做鞋工业生产中至关重要的配套设施材料。高尔夫球鞋、棒运动鞋、篮球鞋、滑雪鞋、运动鞋、防护鞋等很多鞋的关键零配件全是用聚氨酯弹性体做成的。
热塑性聚氨酯弹性体发展趋势
1、需求扩张推动技术创新加速
TPU是高分子新材料行业中的朝阳产业，下游应用领域广阔，由于具有其它塑料材料所无法比拟的优良特性，TPU已成为材料行业的重要组成部分，且下游应用领域不断扩展，行业集中度进一步提升，技术创新技术将进一步促进国产替代。
此外生物基TPU材料近年技术进度较快，它是生物基材料大家庭的一员，相较于传统石化TPU，它具有碳减排、原料可持续再生、绿色生产、资源节约等优势。盛禧奥、巴斯夫、路博润、科思创、万华化学、美瑞新材等TPU生产商都已推出相关产品。
2、市场前景广阔
目前我国TPU行业正处于快速成长期，已成为材料行业的重要组成部分，是高端制造领域产业转型升级的关键材料，市场前景广阔。预计到2026年其消费量将达到90万吨左右，未来五年年复合增长率在10%左右。
文章内容来源中国化学、化工新材料，流程工业整理编辑，责任编辑：胡静，审核人：李峥
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