聚醚多元醇的生产现状及技术发展探讨

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  摘 要:随着经济和各行各业的快速发展,聚醚多元醇是聚氨酯泡沫塑料业用量最大的多元醇原料,俗称“白料”。从几个方面介绍聚醚多元醇的工艺技术进展,包括近年开发的新型催化剂、脱挥发性有机物(VOC)技术以及国内外主要反应器;通过分析全球及国内产能概况、国内供需以及进出口情况,预测未来国内聚醚多元醇产能仍保持增长趋势。
  关键词:聚醚多元醇;聚氨酯;软质泡沫;硬质泡沫
  引言
  在聚氨酯行业领域中聚醚多元醇(PPG)的使用非常广泛,聚氨酯行业的产品主要分为软质泡沫、硬质泡沫、非泡沫级聚氨酯等多系列的产品。聚氨酯材料在性能方面的表现非常突出,在不同的行业中都有非常广泛的应用,而且产品的种类也比较多。鉴于此,聚醚的生产厂家通常都会根据实际用途的不同,生产性能不同的聚醚产品。如果将聚醚产品按照性能的差异进行分类,可以分为软泡用聚醚、硬泡用聚醚、聚合物多元醇、弹性体、粘结剂用聚醚产品、特种用途的聚醚产品以及非聚氨酯用聚醚产品等。
  1.聚醚多元醇(PPG)工艺路线及技术发展状况
  聚氨酯制品在生产过程中需要大量使用聚醚多元醇来作为原料,但是聚醚多元醇在生产环节的技术上一直存在瓶颈,一些国外大型的聚醚生产厂商如巴斯夫、拜耳等企业对聚醚生产技术进行了垄断,使得我国的聚醚生产技术的研发进展缓慢。聚醚多元醇的生产制作会因为生产厂商的不同而存在较大的差异,但是聚合法生产聚醚多元醇方法的应用比较广泛,聚醚多元醇的生产制造过程主要分为加成聚合以及后期的中和、脱水、过滤等几个处理环节。针对聚醚多元醇加成聚合环节的加成聚合反应,目前主要有两种聚合方法:间歇法和连续法。使用间歇法进行聚合反应的时候,可以实现在不同牌号产品之间的随时切换,而且其自动化的生产控制构成也使得产品的质量非常稳定,因此,非常适合生产多种牌号的聚醚产品;而连续法则具有生产效率高、制造成本低等特点,但是连续法主要是用来进行通用牌号聚醚产品的批量生产,使用连续法在进行牌号切换或者起停车的时候非常困难,而且在牌号的切换的过程中,还会生产出一些附加的过渡材料。鉴于此,在实际的聚醚材料生产过程中间歇法的使用相对广泛一些。
  2.国内聚醚多元醇的现状
  2.1 中国聚醚多元醇的主要生产商及产能
  中国的聚醚多元醇行业经过多年的发展后,已经先后出现了30多家生产制造厂商,年均产能达到60万t左右,而其中10几家企业的生产线已经拥有了万吨级的生产制造设备,这些厂商包括天津石化公司第三石油化工厂、南京金陵石化公司化工二厂、上海高桥石化公司化工三长、锦化化工有限责任公司等一些厂家,上述厂商的聚醚多元醇产量基本上占据了全国总产量的80%以上。
  2.2 聚醚多元醇的消费情况
  聚氨酯产业仍然是目前聚醚多元醇主要的消耗产业,能够占到全国聚醚多元醇总消耗的80%左右,其中主要包括软质泡沫聚氨酯产品、硬质泡沫聚氨酯产品以及非泡沫级聚氨酯产品。软质泡沫聚氨酯产品以及半硬泡聚氨酯产品主要应用在家具行业的衬垫、装饰、汽车的主要垫材、地毯的底衬、服装的里衬、建筑行业的吸音材料、体育行业的主要垫材、床垫以及相关精密仪器的包装材料等,而硬質的泡沫聚氨酯产品在冰箱以及冷库的保温方面的应用非常广泛,其消耗量能达到硬质泡沫聚氨酯产品的57.5%,另外石油运输管道以及化工储罐等工业相关的设备的绝热,能够消耗15%左右的硬质聚氨酯产品,此外在建筑行业中,绝热、吸音等装修装饰材料每年能消耗大约10%的硬质聚氨酯产品,还有在交通运输行业的绝热领域以及其他领域每年能够消耗大约17.5%的硬质聚氨酯产品。
  2.3 国内聚醚多元醇生产上主要的压力
  自我国加入世贸组织后,根据世界贸易组织的相关规定,我国在商品进口环节必须要遵照规定,逐年降低进口关税,这就意味着聚醚多元醇产品的进口成本也会逐年降低,产品的进口数量势必会不断增加,这对国内的聚醚多元醇生产厂商会形成较大的冲击。另外,在聚醚多元醇的生产制造过程中主要用到的原材料为环氧丙烷。而国内大部分的环氧丙烷生产厂家使用的生产工艺基本上都是氯醇化工艺,在国家提倡环保生产政策的大环境下,多数环氧丙烷的生产厂家都面临着较大的压力,可以预见的是,在未来的几年内,国内的环氧丙烷市场将面临着供求关系失衡的局面,而如果要弥补这一空缺,就需要加大对环氧丙烷材料的进口,但是长期以来,进口会对国内的聚醚多元醇行业带来很多不稳定的因素。
  3.工艺技术进展
  3.1 催化剂体系的进展
  1)双金属氰化络合物(DMC)催化剂早期的DMC催化剂制备工艺复杂、活性低、用量大、后处理困难,难于工业化使用。目前催化剂骨架采用活性更高的Zn3[Co(CN),有机配位体采用叔烷基醇、低相对分子质量聚醚多元醇、有机氧化膦及某些功能性聚合物,用均化工艺代替传统的混合工艺。此外,通过用质子酸、Lewis酸、有机酮类、硅烷类化合物等改性DMC催化剂,可显著降低聚醚多元醇产物中高相对分子质量组分的含量。
  2)国外巴斯夫股份公司、三井化学株式会社(简称“三井化学”)、旭硝子等多家公司对该催化剂进行了相关研究,并使用该催化剂制成的低不饱和度聚醚多元醇生产出聚氨酯(PU)软质泡沫、PU整皮泡沫、PU微孔弹性体、PU密封剂、机械制动液硅及改性聚醚多元醇密封剂等。CsOH与KOH同属碱金属氢氧化物,二者催化烷氧基化反应的原理和工艺基本相同,因此可以用CsOH替代KOH来制备聚醚多元醇,同时无需对反应装置以及工艺进行大的改动。CsOH催化剂具有较大的推广应用空间;但CsOH的相对分子质量高于KOH,且价格远高于KOH,制约了其在工业生产聚醚多元醇中的应用。目前该催化剂工业化应用的关键在于能否实现其低成本回收与再利用。
  3.2 脱VOC方面的进展
  1)催化剂为了有效降低聚醚多元醇中烯类低聚醇杂质的含量从而降低产品的VOC含量,通常主要选择能够降低聚醚多元醇不饱和度的新型催化剂,如上文所述DMC催化剂、CsOH催化剂、磷腈类催化剂等,其中磷腈类催化剂是日本聚醚多元醇生产企业专门为生产低气味、低VOC聚醚多元醇而开发的,其产品已广泛应用于汽车及家具行业。此外,世界聚醚多元醇生产巨头拜耳材料科技公司、巴斯夫股份公司等也均有专为汽车内饰件定制的低气味、低VOC含量的聚醚多元醇品种。
  2)聚合工艺句容宁武新材料发展有限公司在其专利中公开:通过控制诱导阶段的异构化反应能有效降低聚醚多元醇中醛类副产物的生成,所生产的聚醚多元醇中醛含量显著降低,产品气味小、质量稳定。山东蓝星东大化工有限责任公司采用4步聚合法:先得到粗聚醚,经中和、吸附后,加入乙醇再减压蒸馏,制得气味和VOC含量大幅度降低的高活性聚醚多元醇产品。
  4 结语
  国内的聚醚多元醇行业在市场经济环境下面临着巨大的挑战,同时也迎来了快速发展的机遇。因此国内的聚醚多元醇生产企业应该加强行业间的联合,不断提升自身的竞争力,大力提倡绿色、环保生产,在不断提升产品质量的同时,加强对成本的控制,并不断开拓市场,这样才能取得更好的发展。
  参考文献
  [1]于剑昆.国内聚醚多元醇的生产现状及技术进展[J].化学推进剂与高分子材料,2000,(01):1-9.
  [2]王振华,蒋弟勇.我国聚醚多元醇行业技术与市场分析及预测[J].泸天化科技,2014,(04):239-244,269.
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