我國聚氨酯行業應該堅持創新引領,加快差異化、高端化原料與制品的研發與應用。
聚氨酯材料是由有機異氰酸酯和多元醇反應生成的一種具有重復氨基甲酸酯鏈段的高分子聚合物,選擇不同的原料和不同的生產工藝,可以制成性能各異的聚氨酯產品。制品可以是十分柔軟的泡沫,也可以是極其堅硬的塑料,按其形態變化可以分為聚氨酯泡沫塑料、彈性體、微孔彈性體、合成革、纖維、涂料、膠粘劑/密封劑等,廣泛應用于建筑、汽車、家具、家電,服裝、制鞋、箱包、機械和國防軍工等國民生活的各個領域,不斷改善著人們的衣食住行。
進入21世紀,隨著下游應用的快速發展,我國聚氨酯產業規模迅速擴大,成為世界上最大的聚氨酯原材料及制品的生產和消費地區。到“十三五”后期,我國聚氨酯制品消費增速放緩,聚氨酯行業開始進入高質量發展的技術提升期。
2022年我國聚氨酯制品消費1200萬噸(含溶劑),較上年略有降低。經歷2022年的低迷之后,2023年我國聚氨酯原料生產量和制品消費量增速有所提高。
聚氨酯泡沫塑料分為軟泡和硬泡,聚氨酯軟泡主要用于家具、汽車、服裝等,聚氨酯硬泡主要應用于冰箱、冰柜、冷庫、管道保溫、板材和建筑保溫等領域。據統計,2022年我國聚氨酯泡沫塑料的消費量約445萬噸。
聚氨酯涂料固化簡單、性能優異,主要應用于木器漆、汽車修補漆及防水涂料等。聚氨酯木器漆在木器涂料中占主導地位,聚氨酯汽車修補漆約占40%的市場份額,聚氨酯防水涂料近年來增速明顯,未來具有廣闊的增長空間。聚氨酯彈性體具有優良的綜合性能,主要包括熱塑性彈性體(TPU)和澆注型彈性體(CPU)及混煉型彈性體(MPU)等。近年來TPU需求增速最為迅速,在多個領域成為PVC、EVA等材料的替代品,2022年各類彈性體的消費量約157萬噸。聚氨酯膠粘劑/密封劑性能優異,可廣泛應用于制鞋、包裝、建筑、汽車等領域,成為近年來聚氨酯制品增速最快的產品之一,2022年消費量達113萬噸,同比增加約6%。
隨著國內鞋企外遷,近三年來國內鞋底原液增速出現微負增長態勢,行業進入轉型升級的陣痛期,2022年我國聚氨酯鞋底原液的消費量約51萬噸。由于環保的因素,“十三五”期間開發與生產水性、無溶劑和TPU合成革成為聚氨酯合成革樹脂的主攻方向,但行業仍處于產業集中度不高、行業利潤偏低、市場競爭激勵的發展整合期,2022年我國聚氨酯合成革樹脂的消費量約152萬噸。聚氨酯纖維(氨綸)性能優異,應用領域不斷拓展,“十三五”期間氨綸的應用已經從傳統的功能性織物擴展到服裝面料,從內衣擴展到外衣等,市場對差異化、功能性、高附加值氨綸纖維的需求量不斷增加。據統計,2022我國年氨綸消費量約78萬噸。
我國聚氨酯制品的應用規模隨著下游的需求而發展,2001—2018年是我國聚氨酯工業增速最快的時期。2019年我國各類聚氨酯制品總的消費規模達1173萬噸(含溶劑)。到“十三五”后期,我國聚氨酯工業的發展進入成熟期,消費增速減緩,但科研投入繼續增加,自主創新能力進一步增強,差異化產品增多,市場供應豐富。2018—2022年我國聚氨酯制品的消費概況見表1,2018—2022年我國聚氨酯制品的年均增速僅1.4%左右。
甲苯二異氰酸酯(TDI)是重要的異氰酸酯產品,生產技術復雜,主要用于生產聚氨酯軟泡、涂料、彈性體、膠粘劑等。全球TDI主要生產企業為萬華化學、科思創和巴斯夫。據統計,2022年全球TDI產能為349萬噸/年,其中我國TDI的產能為142萬噸/年。
2023年2月,巴斯夫宣布關閉其路德維希港30萬噸/年TDI裝置;3月,三井化學宣布計劃2025年7月公司大牟田的TDI裝置由12萬噸/年減產到5萬噸/年;4月,東曹宣布其2.5萬噸/年TDI裝置停產,萬華化學完成煙臺巨力的收購,關閉了煙臺的8萬噸/年TDI裝置;5月,萬華(福建)25萬噸/年裝置生產出合格產品,同時關閉原有的10萬噸/年裝置。2023年我國TDI總產能將達149萬噸/年。
近年來,我國TDI的產量不斷增加,國內TDI消費規模維持在80萬噸左右。隨著海外市場的不斷開拓,我國TDI出口逐年增加。2018—2022年我國TDI產能及消費概況見表2。
二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)可分為聚合MDI、純MDI和改性MDI等系列產品。2022年全球MDI母液生產裝置的產能為1010萬噸/年,我國MDI產能達429萬噸/年,其中萬華化學(福建)40萬噸/年MDI項目2022年12月底投產,2022年國內實際產能可以按389萬噸/年計算。全球主要MDI生產企業包括萬華化學、上海聯恒、科思創和重慶巴斯夫。另外,瑞安東曹還有一套8萬噸/年MDI母液精餾裝置,每年進口8萬噸/年左右母液進行精餾。
萬華化學是國內唯一掌握MDI生產技術的公司,隨著其MDI生產技術水平和裝置規模的不斷擴大,已經成為全球領先的異氰酸酯生產商,也是全球最大的MDI生產商。據統計,2022年我國MDI母液的生產量達330萬噸,各類產品的消耗量約為255萬噸,已經成為全球最重要的MDI生產基地。2018—2022年我國MDI產能及消費概況見表3。
六亞甲基二異氰酸酯(HDI)是一種脂肪族的異氰酸酯。根據不同的應用領域,HDI產品以單體、縮二脲、TMP加成物和三聚體等四種形式存在,單體主要用于制造膠粘劑,另外三種形式主要用于涂料的固化劑。
據統計,2022年全球HDI單體的生產能力為40.4萬噸/年,其中我國有2家企業生產HDI,科思創位于上海的HDI裝置生產能力為10萬噸/年,萬華化學在煙臺和寧波分別建立5萬噸/年的生產裝置。
我國HDI單體主要用于生產HDI固化劑。HDI固化劑生產企業有萬華化學、科思創、巴斯夫和旭化成。2022年HDI固化劑產能為17.1萬噸/年,其中萬華化學產能最高為10萬噸/年。2022年我國HDI固化劑的產量達12.5萬噸。
環氧丙烷(PO)是非常重要的化工原料,主要用于生產聚醚多元醇、丙二醇、碳酸二甲酯、丙二醇醚、異丙醇胺等產品。我國PO約75%用于生產聚醚多元醇。
PO的生產工藝有氯醇法、共氧化法和直接氧化法。氯醇法是傳統的生產工藝,具有投資最小、技術成熟的特點,但產生大量的工業廢渣和廢水,環保壓力大。共氧化法又稱間接氧化法或聯產法,包括PO/SM、PO/MTBE和PO/TBA等,PO/SM、PO/MTBE、PO/TBA工藝解決了氯醇法廢渣、廢水的問題,但是工藝流程復雜、投資成本高,受聯產物的影響較大。中石化、紅寶麗、萬華化學等公司自主研發了異丙苯過氧化氫(CHP)法生產技術,紅寶麗泰興化工有限公司、中石化天津公司的 CHP法裝置已建成投產,目前處于升級改造中;萬華化學40萬噸/年CHP生產裝置于2023年12月初環評公示。過氧化氫直接氧化法制環氧丙烷(HPPO)法是以雙氧水為原料直接氧化丙烯生產PO,生產過程不產生聯產物,產物主要是產品和水,成熟技術主要掌握在陶氏和贏創,中石化、中石油、中化學天辰等公司也形成了自主技術,一些裝置已建成投產。隨著共氧化生產工藝和直接氧化法生產工藝的不斷建設,未來國內PO產能有望突破1000萬噸/年,氯醇法生產工藝的占比將進一步下降,PO產品也將出現產能過剩風險。
據統計,2022年我國PO產能達489.7萬噸/年,產量約376萬噸,進口量約30萬噸,同比降幅超過30%,國內對進口PO的依賴度進一步降低。2022年我國PO的消費量超過400萬噸,其中聚醚多元醇仍然是最大的消費領域,其次是PG/DMC、丙二醇醚 PM、TCPP 阻燃劑和異丙醇胺。
全球聚醚多元醇主要生產商集中在陶氏、科思創、巴斯夫和殼牌等大型跨國公司。自2000年以來我國聚醚多元醇的產能增速明顯,形成了萬華化學、藍星東大、佳化化學、隆華新材料、長華化學等國內知名企業,聚醚多元醇的生產技術水平不斷提高,差異化、高端化產品的市場占有率不斷提高,我國已經從凈進口國轉變為凈出口國。
2022年我國聚醚多元醇的產能達740萬噸/年(裝置還可以生產表面活性劑、減水劑、乳化劑等)。隨著萬華、隆華、東大等企業的擴產,加上PO項目的配套,未來聚醚多元醇的新增產能將超過500萬噸/年,產能過剩風險將進一步加劇。據統計,2022年我國聚醚多元醇產量達409萬噸,出口量超過130萬噸,國內市場表觀消費量約324萬噸。2018—2022年我國聚醚多元醇產能及消費概況見表4。
聚酯多元醇(己二酸類)是指由己二酸與多元醇(包括二醇)縮合(或酯交換)反應而成的端羥基化合物。我國己二酸類聚酯多元醇主要用于生產鞋底原液、合成革樹脂、彈性體、膠粘劑和油墨等。其中鞋底原液和合成革漿料行業消費的聚酯多元醇占消費量的60%以上,聚氨酯制品生產企業的聚酯多元醇以自產自用為主,約20%左右的產品為外銷。
國內聚酯多元醇(己二酸類)的生產企業較多,生產工藝為間歇法,主要集中在浙江、山東和廣東等地。據統計,2022年國內產能接近300萬噸/年,市場消費量約106萬噸,超過80%的產量由企業自用于下游鞋底原液、合成革漿料、TPU等行業, 有不到20%的聚酯多元醇外銷。2023年我國鞋底原液、合成革樹脂消費較2022年有所增加,增幅有望超過10%。
經歷了近30年的快速發展,我國聚氨酯原料及制品的制造技術均取得了長足發展:異氰酸酯制造技術居世界領先水平,配套設施完善,一體化水平較高,產品單位能耗居領先地位;聚醚多元醇生產技術和科研創新能力不斷提升,催化劑的研發與應用幾乎與先進水平同步,生產工藝優化及裝備制造水平也得到較大提高,產品差異化進程加快,高端產品不斷涌現;有機硅表面活性劑品類和質量水平不斷提升;擴鏈劑研發與應用達先進水平;環保催化劑研發層出不窮。聚醚多元醇、異氰酸酯以及各類助劑出口量逐年增加,具有一定的國際市場競爭力。
聚氨酯制品性能也不斷提升,例如汽車座椅用低氣味低VOCs高回彈產品、LNG保溫絕熱板材、CO2發泡技術、無醛添加人造板、水性聚氨酯避孕套、高性能聚氨酯彈性體等技術的研發與應用引領行業環保與綠色發展。
我國聚氨酯行業已經進入高質量發展的技術提升期,聚氨酯材料消費增速減緩,原料投資仍然活躍,產能過剩風險加劇,激烈的市場競爭將導致行業整體利潤下滑。行業應該堅持創新引領,加快差異化、高端化原料與制品的研發與應用,加快生物基與可降解原料的研究開發,確保國內高質量發展的同時加快布局海外市場,以維護我國聚氨酯行業的健康可持續發展。為此,中國聚氨酯工業協會認真總結了我國聚氨酯行業的發展成就,編制了行業“十四五”發展指南,明確了今后我國聚氨酯行業發展的重點方向:一是聚氨酯原料制造過程中的工藝優化(包括提高收率、能量集成、降低三廢、循環經濟、降低碳排放等);二是生物基及可再生原料替代化石原料(CO2基及生物基多元醇、質量平衡異氰酸酯等);三是發展綠色聚氨酯產品(如發泡劑的替代、有毒有害原料的替代,產品中有毒有害物質限量及低氣味低VOCs等);四是玻纖、碳纖等復合材料用聚氨酯樹脂的開發;五是聚氨酯制品的回收再利用(泡沫及彈性體的物理回收、化學回收等)。