Современные материалы / Решение
Вспененные идеи
Полиуретаны сегодня переживают эпоху расцвета: их востребованность растет из-за роста тарифов на энергию, урбанизации стран Азии и появления новых способов производства современных материалов.
Полиуретаны — одни из самых востребованных в наши дни полимеров: они обладают превосходными теплоизоляционными свойствами и в зависимости от структуры молекул отличаются широким спектром механических свойств. Из них можно делать как жесткие детали автомобилей, так и мягкий наполнитель для мебели — поролон. У продуктов из полиуретанов немало плюсов и с точки зрения экологии: многие из них поддаются практически полной переработке, а при сжигании не выделяют опасных веществ.
Широкое применение полиуретанов началось десятилетия назад, но именно сейчас они переживают эпоху расцвета. Суммарная емкость одних из самых широких сегментов этого рынка — твердых и мягких полиуретанов — сейчас оценивается в $46,05 млрд, а к 2021 году, согласно прогнозу Markets & Markets, достигнет $74,24 млрд. Растет спрос как на привычные, десятилетиями используемые виды продукции из полиуретана — пенопласты, поролоны, клеи и герметики, так и на новые материалы с уникальными характеристиками.
Среди основных драйверов роста рынка традиционных полиуретановых продуктов — повышение цен на энергию, увеличивающаяся востребованность теплоизоляционных материалов и стремительная урбанизация густонаселенных стран третьего мира, приводящая к настоящему «полиуретановому голоду» в строительстве, транспортировке, производстве мебели и т.п. Спрос на новые материалы повышается в силу их проникновения в относительно новые ниши, такие как сегмент спортивной одежды или биомедицинские технологии. Наконец, свою роль в увеличении рынка полиуретанов играет и снижение цен на сырье в силу освоения новых технологий их производства.
Курс на энергосбережение
Полиуретаны — один из инструментов для решения проблемы энергоэффективности. Например, в США, по данным департамента энергетики страны, около 56% энергии тратится на климат-контроль в помещениях. Использование материалов с улучшенными теплоизоляционными свойствами — один из основных трендов в энергосбережении: сейчас, по данным компании Grand View Research, более двух третей (около 67%) твердых полиуретанов в Европе и США используется для нужд строительства и производства холодильных камер и бытовых холодильников. Один из лидеров глобального производства полиуретанов — компания Covestro, чьи продажи в прошлом году составили €12,1 млрд, представила на проходившей в Дюсcельдорфе в октябре этого года выставке пластмасс и каучука «K 2016» ряд решений, связанных в том числе и с энергосбережением. Так, компания производит специальный полиуретановый наполнитель, который используется в композитном материале ветровых электрогенераторов. С его помощью можно кардинально снизить массу крыльев ветряков при увеличении их размера, тем самым уменьшив зависимость от силы ветра. Прорывом стала разработка в шанхайском FRP Research Institute нового композита для крыльев ветряков из наполнителя Covestro и стекловолокна ведущего китайского производителя фибергласса Chongqing Polycomp International Corp. Инновационные крылья достигают длины 37,5 м при существенном снижении массы.
Универсальное открытие Отто Байера
В быту полиуретаны обычно ассоциируются с пенополиуретанами — мягким поролоном. Первый в мире полиуретан, синтезированный немецким химиком Отто Байером, тоже был вспененным, но довольно жестким. Это был твердый пенопласт, который использовали в композитных панелях в авиастроении уже того времени. А первые промышленные эластичные полиуретаны в компании Bayer AG разработали только в 1951 году. Но это было только начало — полиуретаны оказались «материалом с неограниченными возможностями», как справедливо назвали их химики. Модифицируя их состав, можно задать практически любые механические свойства. Из четырех столпов, на которых сегодня держится индустрия пластмасс, — полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола и полиуретана — последний является самым универсальным.
Поход на Восток
Традиционно главными потребителями твердых пенопластов были Северная Америка и Европа, однако сейчас сегмент прибавляет в основном за счет быстро растущих экономик Азии — Китая, Индии и Индонезии. По данным исследовательской компании Markets & Markets, спрос на полиуретаны в Азиатско-Тихоокеанском регионе составляет более трети от глобального спроса на эти материалы: 7,5 млн против 22 млн т в год, и почти весь объем в 2013 году приходится на долю Китая — остальным странам региона остаются единичные проценты. Сказывается бурная урбанизация населения в Поднебесной и вызванные ею ускорение темпов жилищного строительства и рост спроса на бытовую технику и мебель. В течение последних десяти лет спрос на полиуретан в Китае, по данным Utech Asia, ежегодно рос на 11,8%. В ближайшие десять лет, согласно прогнозу Grand View Research, спрос на полиуретан в Индии будет расти темпами, опережающими китайские, — 13,2% в год. Не последнюю роль в превращении Азии в лидера потребления этих материалов играет и перенос автомобильного производства в такие страны, как Таиланд, Вьетнам и Малайзия. Вплоть до 2020 года сегмент полиуретанов, используемых в автомобильной промышленности, будет прирастать в Азии на 5,3% ежегодно. Новые рынки возникают и растут не только в географическом смысле; например, растет востребованность новых категорий материалов. Так, согласно прогнозу Transparency Market Research, объем сегмента термопластичных полиуретановых пленок, который сейчас оценивается в $286,8 млн в год, к 2025 году почти удвоится, достигнув $516,9 млн. Примечательно, что эти пленки используются не только в традиционных сферах применения полиуретанов — строительстве и производстве автомобилей, но и в новой для них аэрокосмической отрасли.
Более широкий сегмент термопластичных полиуретанов в целом растет на 5% в год. Большая часть этих материалов, около 77%, по данным химической компании ISIS, используется для производства обуви, в частности спортивной. Наглядным примером столь привычного для полиуретанов «сочетания несочетаемого» — прочности и мягкости — может служить обувь для горнолыжников. Используя любой другой материал, невозможно достичь всех необходимых градаций от эластичности к жесткости в горнолыжном ботинке, какие, например, обеспечивает французская спортивная обувь Salomon из термопластичных полиуретанов компании Covestro, представленных на уже упоминавшейся выставке в Дюссельдорфе.
Технологии на кофейной гуще
В конкурентной борьбе компании стремятся снизить себестоимость производства полиуретанов. Ключ к экономичности производства лежит в использовании новых, порой совершенно неожиданных видов сырья. Пример — Dream Production, новый прорывной проект Covestro по получению полиуретана из атмосферного углекислого газа. Сейчас сырьем для полиуретана служат в основном нефтепродукты, и это ставит порог снижению их себестоимости. Исследователи Dream Production планируют заместить как минимум 20% получаемого из нефти оксида этилена дешевым углекислым газом. Когда опробованный в лаборатории процесс будет поставлен на поток, это не только удешевит производство полиуретана, но и поможет планете справиться с глобальным потеплением. Другое решение по использованию неожиданного и при этом крайне дешевого и экологичного вида сырья предложила команда из тайваньского Института промышленных исследований (ITRI). Оказывается, кофейную гущу, богатую полиолами, можно превратить в молекулы полиуретана. Разработанная в ITRI технология уже опробована в деле: получена полиуретановая ткань с отличными теплоизоляционными и влагозащитными свойствами. Из нее планируется производить спортивную одежду.