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经过20世纪90年代的装置引进和消化，我国逐步掌握了聚氨酯原料的生产技术，下游泡沫、弹性体等产品的研发不断推陈出新，适应下游家电、家具和汽车工业的发展。进入21世纪，下游应用的迅速增长不断推动我国聚氨酯原料的投资，我国聚氨酯工业迎来了快速发展的20年，我国聚醚产能规模从2000年的30万吨迅速增加到2020年的640万吨，到2011年我国聚醚产量基本满足了消费需求。我国MDI的产能从2000年的4万吨迅速增到2020年的334万吨，TDI的产能则从2000年的4万吨增加到142万吨，大概在2012年，产量与消费量基本持平，进口产品大量减少。
在此期间，我国聚氨酯行业的科研投入重点开始由科研院所转到企业，生产企业成为技术创新的主力，装置规模不断扩大。
2000年，4万吨／年MDI技术开发圆满成功，标志着万华化学完全掌握了MDI的生产制造技术。随后万华不断进行技术开发和创新，装置产能不断扩大，2007年采用自行开发的第四代反应技术，对一期装置进行改造，装置产能达24万吨／年，经过不断运行优化到2008年5月，装置产能达到30万吨／年。2008年万华“年产20万吨大规模MDI生产技术开发及产业化”项目荣获2007年度国家科技进步奖一等奖。2019年万华化学通过技术改造建成单套产能110万吨／年级MDI生产装置建设，产品牌号不断细分，可满足各种领域的要求，成为全球技术领先的MDI生产商。通过海外并购和成功运营匈牙利宝思德化学，万华化学全球化发展迈出了里程碑意义的步伐，改变了当时的全球异氰酸酯产业的格局，中国异氰酸酯产能跻身全球前三位，其中MDI产能居全球第一位。2020年底，30万吨／年TDI装置在烟台建成投产，万华化学成为国内最大的TDI生产制造企业。
银光聚银通过技术研发，2007年成功开发了5万吨／年TDI工程化技术和工程化软件包，2009年通过技术改造将公司TDI产能扩建到10万吨／年，并形成了配套完整的产业链，实现了资源、产品、再生资源的循环利用。
中化东大（原蓝星东大）采用高效催化技术，研究反应设备和工艺控制体系等，2019年开发成功高活性、低VOC、短周期聚醚多元醇生产的工艺包、自动化控制软件包等，并建成30万吨／年的聚醚生产基地，成为国内高端聚醚的重要生产商。
长华化学和隆华化学经过不断研发和技术改造，开发高固含量POP、特殊用途POP系列牌号，建成几十万吨／年的POP生产基地。淄博正大通过校企合作，成功开发了一系列端胺基聚醚产品，并建成5万吨／年聚胺醚生产线，促进了环氧胶、聚脲领域的快速发展。
红宝丽、万华（宁波）容威研究开发了性能优良且能快速脱模的聚氨酯硬泡组合料，成为国内冰箱冰柜的重要供应商。
黎明化工研究院从“六五”开始，完成了多项国家攻关项目，开发出近百项技术成果，其中30多项达到国际先进水平，特别是汽车配套的聚氨酯材料技术，多种产品已得到广泛应用：低气味、低VOC汽车高回弹组合料大量应用于校车及高端车的座椅；采用低密度长纤增强的PU-RIM组合料的汽车仪表台的生产效率提升了5倍以上；玻璃包边组合料技术处于国际领先水平，黎明院成为上海恩坦华的供应商，为其提供环保型天窗汽车玻璃包边的产品和技术服务。
从2000年到2020年，我国异氰酸酯制造技术居世界领先水平，配套设施完善，一体化水平较高；聚醚多元醇生产技术和科研创新能力不断提升，与国外先进水平差距不断缩小；主要助剂研发、生产水平持续提升，产品具有一定的国际市场竞争力。随着我国聚氨酯下游如汽车、冰箱／冰柜、家居、玩具、箱包等发展迅速，使得我国聚氨酯产品消费增长加快，聚氨酯原材料投资活跃，产量不断提升，到2012年前后实现了原料的自给自足。20年间，我国聚氨酯制品的消费规模从102万吨增加到近1200万吨。