Polyurethane là một loại vật liệu hóa học mới quan trọng. Nhờ hiệu suất tuyệt vời và ứng dụng đa dạng, nó được biết đến như là “loại nhựa lớn thứ năm”. Từ đồ nội thất, quần áo, đến vận tải, xây dựng, thể thao, hàng không vũ trụ và xây dựng quốc phòng, vật liệu polyurethane phổ biến là những đại diện tiên phong của vật liệu hóa học mới và là một trụ cột quan trọng trong công cuộc xây dựng đất nước hùng mạnh.
Sau hơn 20 năm phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp nguyên liệu polyurethane, ngành này đã chuyển mình từ sản xuất số lượng sang sản xuất chất lượng cao. Công nghệ sản xuất và năng lực sản xuất isocyanate đã đạt vị trí hàng đầu thế giới. Ngành này đã bước vào giai đoạn thúc đẩy công nghệ, hướng tới phát triển chất lượng cao. Hiện nay, Trung Quốc đã trở thành cơ sở sản xuất nguyên liệu và sản phẩm polyurethane lớn nhất thế giới, cũng như là khu vực hoàn thiện nhất trong lĩnh vực ứng dụng polyurethane.
Là một chất phụ gia quan trọng cho polyurethane, chất giãn nở polyurethane là những chất có khả năng phản ứng với các nhóm chức trên chuỗi polymer để giãn nở chuỗi phân tử và tăng trọng lượng phân tử. Đây là nguyên liệu thô không thể thiếu trong sản xuất nhiều sản phẩm polyurethane. Trong quá trình tổng hợp vật liệu polyurethane, chất giãn nở polyurethane có thể thực hiện hai phản ứng hóa học: giãn nở và liên kết ngang để đạt được sản xuất vật liệu polyurethane hiệu suất cao, chất lượng cao, chẳng hạn như tăng cường độ dẻo dai, độ đàn hồi và độ bền xé của sản phẩm vật liệu polyurethane, cũng như khả năng chịu nhiệt, chịu dầu, chịu thời tiết và chống ăn mòn.
I. Vai trò và phân loại chất làm giãn mạch polyurethane
Chất giãn nở polyurethane là các hợp chất amin và rượu có trọng lượng phân tử thấp, chứa hai nhóm chức, có thể tạo ra polyme dạng mạch thẳng thông qua phản ứng giãn nở mạch. Bằng cách sử dụng các chất giãn nở mạch khác nhau, hoặc thay đổi công thức giãn nở mạch, người ta có thể đạt được các phản ứng hóa học với tốc độ khác nhau, từ đó sản xuất ra các vật liệu polyurethane đáp ứng các yêu cầu về hiệu năng khác nhau.
Vai trò của các chất làm giãn mạch polyurethane trong các phản ứng tổng hợp polyurethane chủ yếu bao gồm:
(1) Chất làm giãn mạch polyurethane có nhóm đặc trưng (nhóm amino và hydroxyl) có thể thực hiện phản ứng hóa học với isocyanate. Trọng lượng phân tử và phản ứng mạnh có thể làm cho hệ phản ứng polyurethane giãn nở hoặc đông cứng nhanh chóng, tạo ra một chuỗi có các phân tử trọng lượng phân tử lớn hơn có tính chất của polyme.
(2) Các chất kéo dài chuỗi khác nhau có khả năng phản ứng khác nhau. Bằng cách sử dụng các loại chất kéo dài chuỗi và liều lượng khác nhau, điều chỉnh độ nhớt của lò phản ứng, phân tử và cấu trúc hình thái để thích ứng với việc sản xuất polyurethane và các sản phẩm của các hệ thống và yêu cầu chất lượng khác nhau.
(3) Các chất giãn nở polyurethane khác nhau có thể mang lại cho polyurethane các đặc tính khác nhau và một số cấu trúc nhóm đặc trưng trong các phân tử giãn nở chuỗi được đưa vào chuỗi chính của polyurethane, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể về cơ học và hóa học của polyurethane, chẳng hạn như độ bền và khả năng chống mài mòn, chống mỏi do nung, khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu thời tiết, khả năng chống dầu, khả năng chống ăn mòn, v.v.
Các chất giãn nở polyurethane thường được chia thành amin, rượu và rượu. Từ việc sử dụng hệ thống quy trình và cấu trúc hiệu năng, chất giãn nở và diol chủ yếu dựa trên hệ thống quy trình và cấu trúc hiệu năng. Các chất giãn nở chuỗi loại giãn nở truyền thống như ethylene glycol, 1,4-butanol và dihydramol co ngót đơn, v.v., có hiệu năng hạn chế đối với các sản phẩm polyurethane và là các chất giãn nở chuỗi thông thường. Chất giãn nở chuỗi có hiệu năng rõ rệt đối với vật liệu polyurethane chủ yếu thuộc hai loại: dihydramol thơm và diol thơm. Chúng được gọi là chất giãn nở chuỗi hiệu năng cao. Chúng có đặc điểm là vòng benzen cứng, khả năng chịu mài mòn, khả năng chịu lực trung bình và các đặc tính khác.
Chất phụ gia giãn nở diharamine thơm không chỉ là một chất phụ gia quan trọng không thể thiếu đối với các vật liệu polyurethane tổng hợp đàn hồi, mà còn là chất phụ gia giãn nở chuỗi polyurethane hiệu suất cao được sử dụng rộng rãi nhất, nhiều nhất và lớn nhất.
Các sản phẩm polyurethane đàn hồi dạng đổ khuôn truyền thống thường được cố định bằng kỹ thuật hai bước, tức là tổng hợp chất xúc tiến phản ứng, sau đó cố định bằng chất giãn nở chuỗi để đông cứng. Tùy thuộc vào loại isocyanate, sản phẩm xúc tiến phản ứng có thể được chia thành hai loại chính: TDI và MDI. So với hai loại trên, hoạt tính phản ứng của chất xúc tiến TDI thấp hơn, chủ yếu được kết hợp với chất giãn nở chuỗi amin hoạt tính cao; chất xúc tiến MDI có hoạt tính phản ứng cao hơn, và được kết hợp với chất giãn nở chuỗi gốc hydroxyl có hoạt tính thấp hơn. Dựa trên yêu cầu của các kịch bản sử dụng và hiệu suất sản phẩm, việc lựa chọn chất giãn nở chuỗi phù hợp sau khi đã chọn loại isocyanate là đặc biệt quan trọng.
II. Các loại sản phẩm polyurethane giãn nở chuỗi hiệu suất cao và đặc điểm ứng dụng
2.1 Chất giãn nở chuỗi amin arammer dihan chính
Nhờ hiệu suất vượt trội và chất lượng cao, chất giãn nở dihamin thơm là chất giãn nở mạch phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong các vật liệu đàn hồi polyurethane.
Các chất phụ gia giãn nở dianramine thơm thường được sử dụng chủ yếu bao gồm 3,3′-dichlori-4,4′-diodes (MOCA: loại I, loại II, chịu nhiệt độ cao, v.v.), 1,3-propylene glycol Double (4-amino benzoate) (740m), 4,4′-sub-base-double (3-chlorine-2,6-diecene aniline) (M-CDEA), polyphamorethyl ether Diol two-pair aminbenzoate (P-1000, P-650, P-250, v.v.), 3,5-two ethylene torneramine (DETDA, còn được gọi là E-100), 3,5-diracle Sulfenylene (DMTDA, còn được gọi là E-300) và các sản phẩm khác.
Tổng quan về đặc điểm ứng dụng và quá trình phát triển của các sản phẩm chính như sau:
Chất phụ gia giãn nở mạch MOCA là chất phụ gia giãn nở mạch hiệu suất cao chuyên nghiệp đầu tiên được đầu tư sản xuất công nghiệp tại nước ta. Nó ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng. Nó có đặc tính của các sản phẩm polyurethane có thể sử dụng về mặt an toàn và tiện lợi, đáp ứng được đặc điểm của nhiều quy cách và hình dạng khác nhau. Độ đàn hồi của polyurethane cao, bao gồm cường độ cao, độ đàn hồi cao, khả năng chống mài mòn cao, khả năng chống ăn mòn và các đặc tính tổng hợp khác. Nó có thể tạo ra các sản phẩm kích thước lớn. Đây là chất phụ gia giãn nở thơm có hiệu suất toàn diện. Kể từ khi được DuPont phát triển vào những năm 1950, MOCA đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực đàn hồi polyurethane. Hiện nay, nó là chất phụ gia giãn nở mạch polyurethane lớn nhất. Nó thậm chí còn không thể thiếu trong lĩnh vực đàn hồi polyurethane đổ khuôn. Hiện nay, các nhà sản xuất MOCA nổi tiếng ở Trung Quốc bao gồm: Công ty TNHH Vật liệu Mới Tô Châu Tương Nguyên (công ty con của Công ty Hóa chất Giang Tô Tương Nguyên), Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Hoa Bắc Kinh Thông Quang, Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Sơn Đông Trùng Thuận, Công ty TNHH Công nghệ Hóa chất Hoa (trước đây là Công ty TNHH Hóa chất Bình Điều Minh Sinh), Công ty TNHH Vật liệu Công nghệ cao Chi Châu Thiên Điế, ngoài ra còn có Công ty TNHH Công nghiệp Đài Loan Shuangbang, Công ty TNHH Đài Loan Sanhuang và Công ty TNHH Công nghiệp Hoàn hảo Katshan Kohshan.
Trong những năm gần đây, dưới sự dẫn dắt của các công ty Trung Quốc, công nghệ sản xuất MOCA ngày càng tiên tiến. Ví dụ, Công ty Vật liệu Mới Xiangyuan đã khắc phục được vấn đề sức khỏe nghề nghiệp của người lao động, ô nhiễm nghiêm trọng và tính không ổn định của phương pháp sản xuất gián đoạn bằng hydro hóa. Phương pháp liên tục xúc tác quá trình hydro hóa hydro có độ tinh khiết cao và quy trình sản xuất MOCA, hiện thực hóa tự động hóa, khép kín hoàn toàn, sản xuất xanh, không sử dụng dung môi, không bụi, tiết kiệm năng lượng và không phát thải. Thiết bị sản xuất MOCA liên tục đã trở thành nhà sản xuất sản phẩm chất giãn nở chuỗi polyurethane nổi tiếng thế giới.
Ngoài ra, Xiangyuan New Materials cũng đã phát triển các chất phụ gia giãn nở chuỗi dòng Xylink740M và Xylink P, hiện thực hóa quá trình công nghiệp hóa dòng sản phẩm này, giúp các nhà sản xuất vật liệu polyurethane nâng cao chất lượng, giảm chi phí và mở rộng phạm vi ứng dụng.
2.2 Tác nhân mở rộng hai bên diol thơm chính
Các chất giãn nở diol thơm thường được sử dụng bao gồm ete gốc hydroxyxyl phenyl-phenol (HQEE), interciphenylbenol, ete hydroxyl (HER), và hỗn hợp pyrodhenol phenolic gốc hydroxyethyl (HQEE-L), hỗn hợp hydroxyethylhexybenol (HER-L), v.v., chủ yếu được sử dụng cho vật liệu polyurethane trong hệ thống quy trình MDI, là chất giãn nở chuỗi không độc hại và không gây ô nhiễm. Tổng quan về đặc điểm ứng dụng và sự phát triển của các sản phẩm chính như sau:
Chất làm giãn mạch HQEE là chất làm giãn mạch diol thơm đối xứng về cấu trúc phân tử. Nó là chất dạng hạt rắn, không độc hại, không gây ô nhiễm và không gây kích ứng. Chất này có khả năng tương thích tốt với MDI và có thể kéo dài tuổi thọ của vật liệu một cách hiệu quả. Công ty Xiangyuan New Materials đã phát triển các chất làm giãn mạch dòng HQEE, HER, Xylink HQEE-L, Xylinkher-L. Chất lượng của các sản phẩm này cao hơn so với các sản phẩm tương tự trong và ngoài nước, và sản phẩm được bán rộng rãi trong và ngoài nước.
2.3 Các chất làm giãn mạch thơm khác có đặc tính đặc biệt
Với sự phát triển của lĩnh vực polyurethane, các chất phụ gia giãn nở polyurethane mới và công nghệ ứng dụng liên tục được thúc đẩy để đáp ứng nhu cầu của thị trường polyurethane. Các doanh nghiệp sản xuất đã phát triển nhiều loại chất phụ gia giãn nở chuỗi thơm hiệu năng đặc biệt.
Tianmen Winterine (DMD230) là một chất giãn nở chuỗi chứa hai amin không chứa amino, được sử dụng để điều chế các lớp phủ không dung môi hoặc có hàm lượng chất rắn cao. So với các chất phủ polyette phun thông thường, sản phẩm này có độ phản ứng vừa phải, hiệu suất hoạt động tốt, hiệu quả thi công tốt và hiệu suất tổng thể sản phẩm tuyệt vời. Nó có độ bóng tốt và hiệu ứng rõ rệt với các polyme trong quá trình điều chế polycisotripocyanate clorua béo, độ dẻo và tính chất cơ học tốt, khả năng chống ố vàng, khả năng chống ăn mòn tốt, khả năng chống chịu thời tiết tốt và thời gian bảo vệ lâu hơn. Ngoài cầu, đường hầm và các loại mặt đường và biển báo giao thông, nó còn có thể được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp như lớp phủ bảo vệ và lớp phủ composite da cho cánh quạt điện gió. Việc sản xuất và quảng bá công nghiệp sản phẩm này sẽ góp phần vào sự phát triển của các loại lớp phủ chất lượng cao.
Chất phân tán (311) của hợp chất diharamine thơm và natri clorua (311) là một loại hợp chất của diharamine thơm và muối vô cơ. Nó có thể được kết hợp với nhiều loại tiền polystyrene ở nhiệt độ phòng. Nó đặc biệt thích hợp cho các hình dạng phức tạp hoặc các sản phẩm có diện tích lớn, lưu hóa bằng vi sóng và các trường hợp khác cần thời gian thao tác lâu hơn, cũng có thể được sử dụng làm chất đóng rắn cho nhựa epoxy. Các sản phẩm tương tự bao gồm Caytur 31DA ở Hoa Kỳ, Xylink 311, Xiangyuan New Materials.
Các chất đóng rắn dưới nước khác như oxidazole, ketone amine, v.v. có thể làm giảm khả năng tạo bọt khí trong quá trình đóng rắn trung gian của lớp phủ hoặc các sản phẩm khác, và chúng cũng có tiềm năng phát triển.
III. Tình trạng phát triển của các chất làm giãn nở chuỗi polyurethane
Ngành công nghiệp polyurethane giãn nở của nước ta có nền tảng phát triển tương đối yếu. Trước đây, thị trường polyurethane giãn nở trong nước luôn bị độc quyền bởi các doanh nghiệp đa quốc gia. Từ đầu thế kỷ này, một nhóm các công ty polyurethane giãn nở trong nước, tiêu biểu là Xiangyuan New Materials, đã thành công phá vỡ thế độc quyền của nước ngoài sau nhiều năm nghiên cứu và tích lũy công nghệ. Một số sản phẩm polyurethane giãn nở của nước ta đã đạt đến trình độ của các sản phẩm tương tự trên thế giới.
Là chất phụ gia giãn nở polyurethane amin được sử dụng rộng rãi nhất, quy trình sản xuất MOCA đã hoàn thiện, ổn định, vừa phải và đáp ứng tốt nhu cầu. Trong lĩnh vực đổ vật liệu đàn hồi trong các ứng dụng hạ nguồn, đặc biệt là hệ thống TDI, một lượng lớn sản phẩm polyurethane đã tích lũy được nhiều công thức hoàn thiện. Bản chất của công thức hoàn thiện MOCA là tính ổn định và chức năng của nó đã được kiểm chứng qua nhiều năm thực tiễn thị trường và khách hàng. Chi phí tương đối cao. Sau nhiều năm sử dụng, một số rào cản quy trình nhất định đã hình thành. Nó có vai trò không thể thay thế và lĩnh vực ứng dụng không ngừng được mở rộng.
Cơ quan Quản lý Hóa chất Châu Âu, với tư cách là tổ chức chịu trách nhiệm về chứng nhận REACH của EU, đã ban hành một báo cáo vào ngày 30 tháng 11 năm 2017. Sau khi so sánh rủi ro an toàn, hiệu suất và chi phí, cơ quan này đề xuất rằng trong lĩnh vực vật liệu đàn hồi polyurethane, chất lượng sản phẩm, hiệu suất, tính hiệu quả về chi phí và các ưu điểm khác của MOCA là vượt trội, và hiện tại không có sản phẩm thay thế nào khác.
Ngành công nghiệp sản xuất chất giãn nở polyurethane của Trung Quốc khởi đầu khá muộn. Trong giai đoạn đầu, do trình độ công nghệ sản xuất thấp, nguồn nguyên liệu hỗ trợ yếu và thiếu nhân tài nghiên cứu và phát triển, thị trường chất giãn nở chuỗi polyurethane trong nước bị độc quyền bởi các doanh nghiệp đa quốc gia. Đến những năm 1990, sau nhiều năm nghiên cứu và tích lũy công nghệ, một số nhà sản xuất chất giãn nở chuỗi polyurethane trong nước đã thành công phá vỡ thế độc quyền công nghệ nước ngoài, và hiệu suất của một số sản phẩm chất giãn nở chuỗi polyurethane đã đạt đến trình độ của các sản phẩm quốc tế tương tự. Đặc biệt, vật liệu mới của Xiangyuan đã dẫn đầu trong việc xây dựng thiết bị sản xuất MOCA liên tục với công suất 10.000 tấn. Chất lượng sản phẩm và trình độ kỹ thuật đã đạt đến trình độ tiên tiến của thế giới và hàng đầu trong nước. Hiện nay, các nhà sản xuất MOCA trong nước đã đáp ứng được yêu cầu về ionamine tự do. MOCA dạng hạt và MOCA đổi màu vàng ở nhiệt độ cao trong dòng sản phẩm MOCA được ngành công nghiệp polyurethane ưa chuộng.
Kế hoạch 5 năm lần thứ 12 của ngành công nghiệp polyurethane đề xuất rằng, ngoài việc mở rộng quy mô sản xuất MOCA giãn nở chuỗi chất lượng cao, cần tăng cường quảng bá và ứng dụng các chất giãn nở chuỗi mới như MCDEA, E-100, HER, HQEE và các sản phẩm khác. Trên cơ sở các sản phẩm MOCA, cùng với sự đa dạng hóa vật liệu và sản phẩm polyurethane, các sản phẩm giãn nở chuỗi mới khác cũng xuất hiện, tạo nên một bố cục khác biệt so với các sản phẩm MOCA.
Với sự cải tiến liên tục trong nghiên cứu và phát triển công nghệ, các sản phẩm mới của chất làm giãn mạch thơm hiệu suất cao có những ưu điểm đặc biệt về tốc độ phản ứng, khả năng chịu nhiệt cao, vận hành, an toàn và bảo vệ môi trường. Ứng dụng của chúng đã dần hoàn thiện và phạm vi ứng dụng tiếp tục mở rộng. Ví dụ, P-1000, P650, P250, 740M, nhờ đặc tính xanh, thân thiện với môi trường, không độc hại, đã dần mở rộng thị trường ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong những năm gần đây, với sự phát triển và tăng trưởng của hệ thống MDI thân thiện với môi trường hơn, quy mô sử dụng các chất làm giãn mạch diol thơm hiệu suất cao như HQEE và HER với khả năng tương thích tốt hơn với hệ thống MDI đã dần tăng lên, mang lại cho polyurethane độ đàn hồi tuyệt vời cùng các đặc tính cụ thể như khả năng chịu nhiệt và độ bền xé. Ngoài việc sản xuất các sản phẩm đổ khuôn, nó còn có thể sản xuất các sản phẩm đàn hồi nhiệt dẻo hiệu suất cao, giúp giảm bớt gánh nặng công việc. Trong các lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao đối với vật liệu polyurethane ở các nước phát triển và một số loại vật liệu polyurethane, các chất làm giãn mạch như 740m, HQEE, HER đang được ứng dụng rộng rãi hơn. Chất xúc tác mở rộng chuỗi mới có những ưu điểm khác biệt trong từng phân khúc cụ thể, và ngưỡng kỹ thuật tương đối cao. Hiện tại, thị trường trong nước vẫn đang trong giai đoạn xúc tiến ứng dụng.
IV. Mô hình phát triển của ngành công nghiệp mở rộng chuỗi polyurethane
Ngành công nghiệp polyurethane ở Bắc Mỹ và Tây Âu đã tích lũy hàng thập kỷ phát triển. Ngành này có thế mạnh kỹ thuật cao và thị trường tương đối trưởng thành. Đồng thời, người tiêu dùng ở những khu vực này có yêu cầu cao hơn về hiệu suất của các sản phẩm polyurethane, và nhu cầu về chất phụ gia giãn nở chuỗi mới đang tăng nhanh hơn so với MOCA. Hiện nay, các nước phát triển như châu Âu và Hoa Kỳ chiếm phần lớn nhu cầu về chất phụ gia giãn nở chuỗi mới.
Lượng tiêu thụ polyurethane lớn ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương và các nước đang phát triển khác đang trở thành động lực chính thúc đẩy nhu cầu polyurethane toàn cầu. Trong đó, khu vực châu Á - Thái Bình Dương đã là thị trường tiêu thụ polyurethane lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 48% thị phần toàn cầu; nhu cầu về polyurethane ở các nước đang phát triển khác như Ấn Độ, Brazil, Mexico, v.v. cũng đang tăng lên trong các ngành xây dựng, vật liệu xây dựng, nội thất gia đình và các ngành khác. Tuy nhiên, so với các nước phát triển ở châu Âu và Hoa Kỳ, một số khu vực này vẫn đang trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa. Họ rất nhạy cảm với giá nguyên liệu trong ngành công nghiệp polyurethane và chú trọng hơn đến chi phí và hiệu quả chi phí. Trong tương lai, khu vực này vẫn sẽ duy trì nhu cầu cao đối với các loại vật liệu composite polyurethane (MOCA) có chi phí cao.
Hiện nay, các công ty mở rộng chuỗi cung ứng polyurethane hàng đầu quốc tế, như Kazaka Kagosan Perfect Industry Co., Ltd., Air Chemical của Hoa Kỳ (được Winchuang mua lại năm 2016) và Coco của Hoa Kỳ (được Langsheng mua lại năm 2017), v.v., đang độc chiếm hầu hết thị phần của các nhà phân phối chuỗi cung ứng trên thế giới. Một số công ty nhỏ không có sự cải tiến hệ thống nghiên cứu - đại học - công nghiệp đã bị loại bỏ do ảnh hưởng của chất lượng sản phẩm và giá cả, và sự tập trung của ngành công nghiệp mở rộng chuỗi cung ứng ngày càng tăng. Đồng thời, các công ty lớn cũng dựa vào sức mạnh vốn và nền tảng nghiên cứu và phát triển vững chắc để mở rộng quy mô sản xuất nguyên liệu và sản phẩm chuyên nghiệp, thiết lập các cơ sở sản xuất quy mô lớn độc quyền xuyên quốc gia và các trung tâm bán hàng và nghiên cứu & phát triển tại các khu vực có nguồn lực, thị trường và điều kiện lao động tốt.
5. Hiện trạng và hướng phát triển của chất làm giãn nở polyurethane
Là một chất phụ gia quan trọng cho vật liệu polyurethane, chất giãn nở polyurethane chủ yếu được sử dụng trong hệ thống CASE (bao gồm lớp phủ, chất kết dính, chất bịt kín và vật liệu đàn hồi) trong vật liệu polyurethane. Trong đó, vật liệu đàn hồi polyurethane là một loại vật liệu tổng hợp polymer nằm giữa cao su thông thường và nhựa. Nó có cả độ đàn hồi cao của cao su và độ cứng, độ bền cao của nhựa (gấp 5 đến 10 lần), nó được mệnh danh là “vua của cao su chống mài mòn” và có độ bền cơ học tốt, khả năng chống dầu, chống hóa chất, chống uốn và khả năng chịu nhiệt độ thấp và cách điện tuyệt vời. Ngoài vật liệu đàn hồi polyurethane dạng đổ khuôn và polyurethane nhiệt dẻo thông thường, vật liệu vật liệu đàn hồi polyurethane còn bao gồm chất kết dính, lớp phủ, chất bịt kín, vật liệu lát đường, đế giày, da tổng hợp, sợi, v.v., trở thành vật liệu polyurethane đàn hồi. Với sự cải tiến liên tục của trình độ kỹ thuật, polyurethane đàn hồi đã được thay thế trong cao su, nhựa và kim loại trong nhiều lĩnh vực như ô tô, khai thác mỏ, in ấn, thiết bị, gia công máy móc, thể thao và vận tải.
Theo số liệu thống kê từ các cơ quan liên quan, tiêu thụ nhựa polyurethane CASE (vật liệu đàn hồi, lớp phủ, da tổng hợp, chất bịt kín và chất kết dính) của Trung Quốc năm 2021 đạt 7,77 triệu tấn, và tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm là 11,5% trong giai đoạn 2016-2021.
Năm 2016, sản lượng polyurethane đàn hồi của Trung Quốc đạt 925.000 tấn, và đến năm 2021 đã đạt 1,5 triệu tấn, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 10,2%; tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm của tiêu thụ là 12,5%. Ước tính đến năm 2025, sản lượng polyurethane đàn hồi của nước ta sẽ đạt 2,059 triệu tấn, vẫn tiếp tục duy trì xu hướng phát triển nhanh chóng.
Trên phạm vi toàn cầu, sản lượng chất đàn hồi polyurethane đạt 2,52 triệu tấn vào năm 2016 và 3,539 triệu tấn vào năm 2021, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 7,0%. Đến năm 2025, sản lượng chất đàn hồi polyurethane toàn cầu dự kiến sẽ đạt 4,495 triệu tấn, cho thấy xu hướng phát triển nhanh chóng và ổn định.
Nhựa polyurethane nhiệt dẻo (TPU) có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Nó có độ bền kéo cao, độ giãn dài tốt, khả năng chống dầu, chịu nhiệt độ thấp, chịu được thời tiết khắc nghiệt và khả năng chống ozone nổi bật, và phạm vi độ cứng rộng. Trong những năm gần đây, ứng dụng thị trường của TPU đã mở rộng từ ngành công nghiệp giày dép sang các lĩnh vực thị trường cao cấp như dược phẩm, hàng không và bảo vệ môi trường. Theo thống kê, từ năm 2014 đến năm 2021, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm bình quân của sản lượng TPU tại Trung Quốc đạt mức cao 14,5%. Năm 2021, sản lượng TPU của nước ta đạt khoảng 645.000 tấn. Nước ta đã trở thành quốc gia sản xuất TPU lớn nhất thế giới. Sản lượng và kim ngạch xuất khẩu ròng đã tăng đều đặn trong những năm gần đây.
Xét về nhu cầu, thị trường TPU toàn cầu hiện đang tập trung ở châu Âu, Hoa Kỳ và khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Trong đó, khu vực châu Á, dẫn đầu là Trung Quốc, là thị trường khu vực có tốc độ tiêu thụ TPU nhanh nhất toàn cầu. Theo thống kê của Ủy ban chuyên trách về chất đàn hồi thuộc Hiệp hội Công nghiệp Polyurethane Trung Quốc, tổng lượng tiêu thụ các sản phẩm polyurethane tại nước ta năm 2018 đạt 11,3 triệu tấn, trong đó tiêu thụ chất đàn hồi polyurethane (TPU+CPU) chiếm khoảng 1,1 triệu tấn.
TPU vẫn là một trong những sản phẩm polyurethane có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trong tương lai gần. Nước ta đã trở thành quốc gia tiêu thụ TPU lớn nhất thế giới. Theo thống kê, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm trung bình của tiêu thụ TPU tại Trung Quốc giai đoạn 2017-2021 đạt mức cao 12,9%, trong đó tổng lượng tiêu thụ năm 2021 là 602.000 tấn, tăng 11,6% so với năm trước. Dựa trên sản lượng TPU toàn cầu năm 2021 là 1,09 triệu tấn, lượng tiêu thụ TPU trong nước đã vượt quá một nửa thế giới. Trong tương lai, nhu cầu về vật liệu giày dép, màng phim, ống dẫn và dây điện sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn. Trong lĩnh vực thiết bị y tế, dây cáp và màng phim, TPU sẽ tiếp tục thay thế vật liệu PVC truyền thống. Rất có thể nó sẽ thay thế EVA trong lĩnh vực vật liệu giày dép. Dự kiến TPU sẽ duy trì xu hướng tăng trưởng 10% hoặc hơn trong tương lai. Dự kiến lượng tiêu thụ sẽ đạt khoảng 900.000 tấn vào năm 2026.
Với sự mở rộng dần quy mô sản xuất, chi phí sản phẩm polyurethane đàn hồi giảm, chủng loại đa dạng hơn, nhu cầu thị trường được cải thiện và ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng. Trong giai đoạn “Kế hoạch 5 năm lần thứ 14”, ngành công nghiệp CASE cần đẩy mạnh phát triển sản phẩm theo hướng gốc nước, không dung môi và hàm lượng chất rắn cao; tăng cường phát triển công nghệ tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc nguyên liệu cơ bản của CASE, tập trung vào ứng dụng polyphonus gốc nước-pyrodramine; tập trung nghiên cứu lý thuyết cơ bản và công nghệ kỹ thuật gốc nước; nâng cao hiệu suất sản phẩm, phát triển sản phẩm mới, mở rộng lĩnh vực ứng dụng và thúc đẩy xây dựng cơ sở hạ tầng mới trong giao thông đường sắt, đường cao tốc, cầu hầm, truyền tải điện, v.v. và ứng dụng trong lĩnh vực y tế; thúc đẩy ứng dụng kỹ thuật keo polyurethane không chứa formaldehyde để sản xuất tấm nhân tạo; phát triển các sản phẩm amoniac khác biệt, chức năng và có giá trị gia tăng cao; tăng cường nghiên cứu và ứng dụng công nghệ về cấu trúc, hiệu suất và độ bền của vật liệu chống thấm polyurethane; thúc đẩy ứng dụng vật liệu polyurethane trong xây dựng nhà lắp ghép.
Các hướng phát triển chính của lĩnh vực chất đàn hồi là:
Vật liệu đàn hồi polyurethane cho ô tô. Ngành công nghiệp ô tô ngày nay đang phát triển theo hướng hiệu suất cao, chất lượng cao, trọng lượng nhẹ, sự thoải mái và an toàn. Các vật liệu tổng hợp cao su và nhựa đang dần thay thế các vật liệu kim loại, mở ra triển vọng rất rộng lớn cho việc ứng dụng vật liệu đàn hồi polyurethane.
Vật liệu đàn hồi polyurethane dùng trong xây dựng. Vật liệu chống thấm truyền thống làm từ nỉ nhựa đường đang dần được thay thế bằng vật liệu chống thấm polyurethane bền chắc, tích hợp lâu dài; việc ứng dụng polyurethane cho đường chạy thể thao ngày càng phổ biến. Các khe co giãn của cầu lớn, tà ván đường sắt cao tốc, đường băng sân bay và vật liệu trám khe đường cao tốc cũng đang dần được làm từ chất đàn hồi PVC đông cứng ở nhiệt độ phòng.
Chất đàn hồi polyurethane dùng trong khai thác mỏ. Nhu cầu về các vật liệu phi kim loại có khả năng chống mài mòn cao, độ bền và độ đàn hồi cao rất lớn trong các mỏ than, mỏ kim loại và mỏ phi kim loại.
Chất đàn hồi polyurethane dùng trong sản xuất giày dép. Chất đàn hồi polychloride ester có những ưu điểm như khả năng giảm chấn tốt, trọng lượng nhẹ, khả năng chống mài mòn, chống trơn trượt, v.v., đã trở thành một vật liệu hỗ trợ quan trọng trong ngành công nghiệp giày dép.
Chất đàn hồi polyurethane dùng trong y tế. Khả năng tương thích sinh học tốt, tương thích với máu và không chứa chất phụ gia là những lý do quan trọng cho việc ứng dụng vật liệu TPU và CPU trong lĩnh vực y tế. Ứng dụng của nó trong lĩnh vực y tế và sức khỏe rất rộng rãi.
Tấm composite polyurethane mới. Công nghệ vật liệu composite được kỳ vọng sẽ mở ra một kỷ nguyên bùng nổ thị trường mới cho chất đàn hồi polyurethane.
VI. Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp mở rộng chuỗi polyurethane trong “Kế hoạch 5 năm lần thứ 14”.
Từ góc nhìn toàn cầu, sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực xây dựng, công nghiệp ô tô, thiết bị điện tử thông minh, năng lượng mới và bảo vệ môi trường đã thúc đẩy mạnh mẽ nhu cầu về các sản phẩm polyurethane. Các tập đoàn polyurethane hàng đầu thế giới tiếp tục đổi mới công nghệ và ứng dụng, và sẽ tiếp tục thúc đẩy phát triển và sản xuất các sản phẩm polyurethane mới. Với sự mở rộng phạm vi và lĩnh vực của thị trường tiêu dùng cuối cùng (downstream terminal market), nhu cầu đa dạng đối với các sản phẩm polyurethane sẽ thúc đẩy sự đổi mới và phát triển liên tục của các nhà sản xuất trong chuỗi cung ứng polyurethane.
Trong 10 năm tới, việc ứng dụng các sản phẩm polyurethane trong một số lĩnh vực chuyên biệt cũng sẽ phát triển nhanh chóng. Các chuyên gia trong ngành phân tích rằng nhu cầu toàn cầu về polyurethane sẽ tăng với tốc độ 4,5% mỗi năm. Trong đó, tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm của nhu cầu polyurethane ước tính đạt 5,7% trong các lĩnh vực điện lạnh, giày dép, dệt may, giải trí và các lĩnh vực khác. Nhu cầu trong lĩnh vực sản phẩm đã tăng nhẹ và dự kiến đạt khoảng 3,3% mỗi năm. Các quốc gia đang phát triển trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương được hỗ trợ bởi công nghệ tiên tiến để mở rộng các ứng dụng hạ nguồn, và nhu cầu về polyurethane sẽ đạt tốc độ tăng trưởng hai chữ số mỗi năm.
Là một nguyên liệu thô quan trọng cho ngành công nghiệp polyurethane, ngành công nghiệp phụ gia polyurethane của nước ta phải kiên định thực hiện khái niệm phát triển mới. Dưới đây là chủ đề thúc đẩy phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp polyurethane, với định hướng đẩy nhanh việc xây dựng mô hình phát triển “chu kỳ kép” mới, tập trung vào chuyển đổi xanh, carbon thấp và số hóa, đẩy nhanh việc xây dựng hệ thống công nghiệp hiện đại, khắc phục “thiếu sót” của các sản phẩm cao cấp, “nắm bắt” các công nghệ then chốt của phân khúc cao cấp, “mở ra con đường mới” trong các sản phẩm truyền thống, và thúc đẩy đất nước ta chuyển mình từ một quốc gia chỉ dựa vào polyurethane trở thành một quốc gia mạnh về sản xuất polyurethane.
Hiện nay, chất kéo dài chuỗi polyurethane đã trở thành một trong những nguyên liệu thô polyurethane cần thiết cho các dự án cơ sở hạ tầng trọng điểm quốc gia. Ngành công nghiệp chất kéo dài chuỗi polyurethane đang tăng cường đầu tư đổi mới, phát triển theo hướng bảo vệ môi trường, hiệu quả cao và chất lượng cao. Tập trung vào nhu cầu của các ngành hàng không vũ trụ, thông tin điện tử, năng lượng mới, ô tô, đường sắt cao tốc, vận tải đường sắt, đường cao tốc, cầu lớn, y tế và quốc phòng, việc chuyển đổi và ứng dụng các thành tựu công nghệ mới về chất kéo dài chuỗi polyurethane đang được đẩy nhanh để nâng cao trình độ phát triển tổng thể của ngành công nghiệp polyurethane.
Hướng phát triển của ngành công nghiệp chất kéo dài mạch polyurethane là phát triển các sản phẩm chất kéo dài mạch chất lượng cao, thân thiện với môi trường và có hiệu suất bảo vệ môi trường tốt hơn. Không chỉ đảm bảo quy trình sản xuất sạch sẽ và không gây ô nhiễm, mà còn an toàn và thân thiện với môi trường trong quá trình sử dụng, nhằm thúc đẩy tính xanh trong sản xuất các sản phẩm polyurethane. Thứ hai, cần mở rộng hơn nữa việc sử dụng các sản phẩm chất kéo dài mạch hiện có, để các sản phẩm chất kéo dài mạch chuyên dụng hiện tại có thêm nhiều ứng dụng mới. Trình độ công nghệ của một số doanh nghiệp sản xuất chất kéo dài mạch polyurethane trong nước ngang bằng với các công ty đa quốc gia, nhưng cần nghiên cứu ứng dụng sâu hơn để nhiều người dùng nhận ra ưu điểm của sản phẩm, đặc biệt là thúc đẩy các sản phẩm diamine thơm dạng lỏng với thao tác thuận tiện và hiệu suất tuyệt vời, đồng thời phát huy hiệu quả hiệp đồng của chất kéo dài mạch để tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu hao và chi phí. Thứ ba là tiếp tục phát triển các sản phẩm mới theo nhu cầu thị trường, cung cấp các sản phẩm phù hợp hơn và chất lượng cao hơn cho ngành công nghiệp polyurethane, đáp ứng nhu cầu của thị trường hạ nguồn và mở rộng phạm vi ứng dụng.
Đối với vật liệu đàn hồi polyurethane, chất kéo dài mạch là một chất phụ gia quan trọng và chủ chốt với hàm lượng lớn và giá trị gia tăng cao, có ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao hiệu suất sản phẩm. Ngoài ra, trong các vật liệu polyurethane khác và thậm chí cả nhựa xốp, chất kéo dài mạch polyurethane cũng có tác dụng rõ rệt trong việc cải thiện hiệu suất sản phẩm. Trong ngành công nghiệp polyurethane, thị trường chất kéo dài mạch polyurethane rất rộng lớn. Để thúc đẩy và dẫn dắt sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp polyurethane, cần tăng cường nghiên cứu và quảng bá ứng dụng chất kéo dài mạch polyurethane, và phát triển nhiều loại chất kéo dài mạch polyurethane tốt hơn, đa dạng hơn trên cơ sở chú trọng đến sức khỏe, tiết kiệm năng lượng, an toàn, bảo vệ môi trường và hiệu suất ứng dụng, nhằm đóng góp nhiều hơn nữa cho cuộc sống tốt đẹp hơn của con người.
Thời gian đăng bài: 08/02/2023