Взгляд на мировой рынок пенополиуретановых изоляционных материалов до 2028 года — размер, доля, перспективы и анализ возможностей

Количественная характеристика пор полиуретановой пены с помощью экономичных инструментов визуализации и анализа изображений: исследование, подтверждающее эффективность принципа

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Абстрактные

В этом исследовании изучалась характеристика пор пенополиуретана (ПУ) в качестве необходимого этапа изготовления мембран для фильтрации воды. Характеристика пористого материала необходима для прогнозирования характеристик мембраны, прочности, долговечности, ощущения поверхности, а также для понимания механизмов переноса с использованием моделирования и симуляций. Большинство существующих методов определения характеристик пор являются относительно дорогостоящими, трудоемкими, субъективными и сопряжены с трудоемкой подготовкой образцов. В этом исследовании основное внимание уделялось использованию трех относительно недорогих систем обработки изображений: черного ящика, камеры Canon (EOS760D) и сканера LaserJet (МФУ M1132). Для сравнения использовались две стандартные современные системы визуализации: стереомикроскоп и сканирующий электронный микроскоп. Цифровые изображения, полученные системами визуализации, использовались с алгоритмом MATLAB для эффективного определения пористости поверхности, площади пор и коэффициента формы пенополиуретана. Полученные результаты установили совместимость алгоритма анализа изображений с системами визуализации. Было обнаружено, что результаты «черного ящика» более сопоставимы как с системами стереомикроскопа, так и с системами SEM, чем с системами обработки изображений, полученными с помощью камеры и сканера Canon. Действительно, текущие исследования демонстрируют возможность характеристики субстрата с помощью недорогих систем визуализации.

Ключевые слова: пористая подложка, пенополиуретан, анализ изображений, морфология пор, недорогие системы визуализации

1. Введение

В глобальном масштабе производство пенополиуретана (ПУ) доминирует над всеми другими полимерными пенами [1], поскольку они являются коммерчески недорогими. В основном полимерные пены являются предпочтительным выбором для широкого спектра технологических применений, а потребление пенополиуретана составляет 50% от мирового потребления полиуретана [2]. Технология обработки, необходимая для их производства, хорошо отработана по сравнению с пенами, полученными из других полимеров [2]. Пенополиуретаны представляют собой легкие, превосходные пористые материалы с настраиваемой термической стабильностью, а также механическими и звукопоглощающими свойствами для ряда применений, подходящих для новых и передовых технологий [1]. Пенополиуретаны обычно состоят из полиолов и изоцианатов. Они могут быть переработаны или восстановлены после использования, чтобы снизить производственные затраты и повысить эффективность использования материалов [3]. Термореактивные полимеры, такие как полиуретановые пены, широко предпочтительны из-за их легкого веса, превосходной биосовместимости, гибких механических свойств и наличия уретановой связи (-NH-CO-O-), которая легко связывается с наночастицами, такими как наночастицы серебра (AgNP). 4,5,6,7,8,9,10]. Кроме того, пенополиуретаны обладают широким спектром ячеистых структур, жесткостью, прочностью и долговечностью. Структура ячейки, открытая или закрытая, является еще одной переменной, которую необходимо учитывать. Тем не менее, большинство гибких пенопластов имеют структуру с открытыми ячейками, что отлично подходит для исследований в области фильтрации воды и масла [11,12]. В сэндвич-панелях предпочтение отдается жестким пенополиуретанам из-за их высокой жесткости. Они служат амортизаторами при использовании в упаковке и амортизации [12,13]. Амортизирующие свойства улучшаются при добавлении частиц, а пенополиуретан очень хорошо сочетается с тканями и включением текстильных отходов [14]. Другими отличительными особенностями пенополиуретанов являются высокая пористость и разрушаемость [15]. Таким образом, свойства плюс технические и экономические факторы определяют эффективность использования пенополиуретанов.

Как правило, пористые материалы имеют множество применений в области нефтяной инженерии, порошковых технологий, процессов мембранной дистилляции, массо- и теплопереноса, а также в производстве топливных элементов и для изготовления подушек из композитов [12,16,17,18,19,20, 21,22,23]. Мембранная фильтрация остается распространенным методом в водоподготовке и нефтеочистке [21, 24,25, 6] из-за использования недорогих пенополиуретанов, поскольку использование пористых материалов в качестве подложек для изготовления мембран всегда является предпочтительным методом [XNUMX]. . При мембранной фильтрации морфология пор субстрата определяет размер частиц пермеата, скорость загрязнения, поток и скорость потока изготовленной мембраны [XNUMX]. Следовательно, понимание морфологических свойств пор, таких как площадь пор, коэффициент формы и пористость подложки, является необходимым шагом в оценке эффективности и срока службы (сопротивления обрастанию) фильтрующих мембран [XNUMX].

Во многих публикациях [4,6,12,21,23,24,25, 26, 25, 27, 28, 29, 6490] продемонстрировано, что пенополиуретаны обладают высокой устойчивостью к химическому разложению, высокой механической прочностью, значительными амортизирующими свойствами, хорошей способностью к набуханию, легкостью отделения от раствора и также некоторые из самых недорогих доступных полимерных продуктов. Несколько двумерных, относительно дорогих, малопроизводительных и сложных инструментов визуализации использовались для характеристики пористых материалов, включая оптическую микроскопию, сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), автоэмиссионный СЭМ (FESEM) и просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) [8]. ]. Она и др. [30] сообщили о морфологической характеристике пор пористых мембран из поливинилиденфторида или поливинилидендифторида (ПВДФ) с использованием изображений SEM, уделяя особое внимание эффективному диаметру пор. Кроме того, Datta et al. [6,26] использовали точный и простой метод определения пористости различных образцов горных пород с использованием анализа изображений. Недавние исследования также показали использование ТЭМ для анализа пенополиуретанов, модифицированных CuNP [XNUMX]. Абрамофф и др. [XNUMX] сообщили об определении размеров пор, распределения пор по размерам и других морфологий пор с использованием FIJI/ImageJ по микрофотографиям сканирующего электронного микроскопа и модели JEOL JSM-XNUMX. Исследование Rastegarfar et al. продемонстрировали характеристику пенополиуретанов, полученных из сжиженных опилок, с использованием SEM среди других методов [XNUMX]. Бахтиар и др. недавно исследовали термическую стабильность и огнестойкость полимерных композитов, армированных льняной тканью, с помощью РЭМ [XNUMX]. Тем не менее, большинство инструментов визуализации, используемых этими исследователями, являются относительно дорогостоящими, трудоемкими и субъективными, с громоздкой подготовкой образцов и противоречивыми результатами для материалов с более крупными порами [XNUMX, XNUMX].

В последнее время оптические планшетные сканеры и цифровые камеры, в которых в качестве датчиков используются устройства с зарядовой связью (ПЗС), используются в качестве систем визуализации для морфологической характеристики пористых материалов. Эти высокопроизводительные системы недороги, практически не требуют пробоподготовки и служат лучшей альтернативой [25,26,31, 26, XNUMX]. Полученные ими изображения почти всегда обрабатываются с использованием программного обеспечения для обработки изображений, такого как ImageJ, MATLAB, ICY, Avizo и Image-Pro [XNUMX]. Хотя методы анализа изображений используются большинством исследователей для морфологической характеристики пористых материалов, наш поиск литературы показал, что мало внимания уделяется использованию недорогих систем визуализации и устройств с анализом изображений в качестве средства характеристики пенополиуретанов.

В таких приложениях, как адсорбция и проницаемость пористых субстратов, морфологические свойства материала, такие как пористость, определяют его применимость в таких технологиях, как мембранная фильтрация. Таким образом, конкретной целью этого экспериментального исследования было использование трех недорогих цифровых систем/устройств формирования изображений и двух стандартных систем формирования изображений для характеристики морфологии пор пенополиуретана. Этому способствовала процедура обработки изображений в программе MATLAB для оценки их сопоставимости и демонстрации значимости предложенного метода для более широких возможных технологических приложений.

2. Теория

Пористость (∅) пористого материала определяется как отношение объема пор (VP) к общему объему (VT) материала. Его можно выразить в виде дроби (уравнение (1)) или процента (уравнение (2)) [25,26]:

Взгляд на мировой рынок пенополиуретановых изоляционных материалов до 2028 года — размер, доля, перспективы и анализ возможностей

Полиуретан может иметь сплошную или открытую ячеистую структуру. Пена — это термин, обозначающий открытую ячеистую структуру. Эти пены могут быть жесткими или гибкими. Диизоцианат и полиолы используются для изготовления пенополиуретана. Оба эти элемента извлекаются производителями из сырой нефти.

Различные виды добавок добавляются в зависимости от использования. Жесткие формы пенополиуретанов в основном используются в зданиях в качестве теплоизоляции. Гибкие пенополиуретаны формуются в автомобильной промышленности. Пенополиуретаны обеспечивают ряд экологических преимуществ, включая возможность повторного использования и низкий уровень отходов.

Растущие отрасли конечного использования, такие как постельные принадлежности и мебель, электроника, автомобилестроение, строительство и строительство в развивающихся странах, таких как Индия, Таиланд и другие, являются одними из основных драйверов роста рынка пенополиуретановых изоляционных материалов. Другие факторы, которые стимулируют рост рынка пенополиуретановых изоляционных материалов, включают растущее использование пенополиуретанов в изоляции зданий для энергосбережения, а также адаптивность и уникальные физические свойства пенополиуретанов.

Полуэластичный пенополиуретан сочетает в себе преимущества жестких и эластичных пенопластов в одном продукте. Он обладает отличными тепловыми, акустическими, влагозащитными и огнестойкими свойствами. Однако, поскольку он не такой жесткий, как твердые полиуретановые листы, его легче сгибать или формовать. Уровень шума также снижается за счет полугибкой пенной изоляции, которая поглощает звуковые волны лучше, чем другие виды изоляции.

Ключевые игроки рынка сосредоточены на запуске продуктов, расширении ассортимента, слияниях, поглощениях и партнерствах, чтобы расширить свой бизнес на рынке. Так, в марте 2021 года корпорация «Технониколь», ведущий производитель и поставщик кровельных, гидроизоляционных, теплоизоляционных и звукопоглощающих материалов, объявила о запуске новой товарной категории, призванной дополнить линейку строительных материалов премиум-качества именно в Индии, Пенополиуретаны производства Технониколь. В новую категорию входят огнеупорные, профессиональные герметизирующие и клеящие пены. Кроме того, он включает в себя высокоэффективную изоляцию из распыляемой пены. Кроме того, в августе 2019 года компания Chematur Technologies AB, ведущий поставщик сырья для пенополиуретанов, была приобретена Wanhua Chemical Group Co. Ltd., мировым лидером в области производства полиуретанов. Целью данного приобретения является укрепление позиций компании на рынке пенополиуретановых изоляционных материалов.

Ключевые особенности исследования:

В этом отчете представлен углубленный анализ мирового рынка пенополиуретановых изоляционных материалов, а также размер рынка (млн долл. США и тыс. тонн) и совокупный годовой темп роста (CAGR%) на прогнозируемый период (2021–2028 гг.), учитывая, что 2021 г. базовый год
Он разъясняет потенциальные возможности получения дохода в различных сегментах и объясняет матрицу привлекательных инвестиционных предложений для этого рынка.
Это исследование также дает ключевую информацию о движущих силах рынка, ограничениях, возможностях, запуске или одобрении новых продуктов, региональных перспективах и конкурентных стратегиях, принятых ключевыми игроками.
Он описывает ключевых игроков на мировом рынке пенополиуретановых изоляционных материалов на основе следующих параметров: обзор компании, финансовые показатели, портфель продуктов, географическое присутствие, стратегии распределения, ключевые разработки и стратегии, а также планы на будущее.
Ключевые компании, охваченные данным исследованием, включают Bayer Ag, Armacell GmbH, Compagnie De Saint-Gobain SA, Ekisui Chemical Co. Ltd., Huntsman Corporation, Nitto Denko Corporation, Inoac Corporation, The Dow Chemical Company, Tosoh Corporation, Trelleborg Ab. , Sekisui Chemical и Wanhua Chemical Group Co. Ltd.
Выводы из этого отчета позволят маркетологам и управленческим органам компаний принимать обоснованные решения относительно будущих запусков продуктов, градации технологий, расширения рынка и маркетинговой тактики.
Отчет о мировом рынке пенополиуретановых изоляционных материалов предназначен для различных заинтересованных сторон в этой отрасли, включая инвесторов, поставщиков, производителей кофеина, дистрибьюторов, новых участников и финансовых аналитиков.
Заинтересованным сторонам будет проще принимать решения с помощью различных стратегических матриц, используемых при анализе мирового рынка изоляционных материалов из пенополиуретана.

Основные темы:

1. Цели исследования и предположения

2. Обзор рынка

Описание отчета
Определение рынка и объем
Управляющее резюме
Фрагмент рынка, по типу
Маркетинговый фрагмент, по приложениям
Фрагмент рынка, по регионам
Карта возможностей (COM)

3. Динамика рынка, правила и анализ тенденций

Динамика рынка
Drivers
удерживающие
Анализ PEST
Анализ пяти сил ПОРТЕРА
Возможности рынка
Нормативный сценарий
Отраслевой тренд
Слияние и поглощение

4. Мировой рынок пенополиуретановых изоляционных материалов – влияние пандемии коронавируса (Covid-19)

Обзор
Факторы, влияющие на мировой рынок изоляционных материалов из пенополиуретана – COVID-19
Анализ воздействия

5. Мировой рынок пенополиуретановых изоляционных материалов по типам, 2017–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)

Введение
Анализ доли рынка, 2020, 2024 и 2028 годы (%)
Анализ роста в годовом исчислении, 2021–2028 гг.
Тенденции сегмента
Гибкая пена
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
Спрей пена
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
Жесткая пена
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)

6. Мировой рынок пенополиуретановых изоляционных материалов по приложениям, 2017–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)

Введение
Анализ доли рынка, 2020, 2024 и 2028 годы (%)
Анализ роста в годовом исчислении, 2021–2028 гг.
Тенденции сегмента
Строительство и Строительство
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
Автомобильная
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
Медицина
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
упаковка
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)
Другое (Электроника и т.д.)
Введение
Размер рынка и прогноз, а также рост в годовом исчислении, 2021–2028 гг. (млн долл. США и тыс. т)