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矚目我國有機硅

日前,成都硅寶科技董事長王躍林告訴中國工業報記者,中國有機硅工業起步于20世紀50年代初,經過幾代人的努力,特別是經過了“十一五”和“十二五”的高速發展,無論是在規模上還是在技術上都取得了令人矚目的成就。中國已建成從基礎原材料、有機硅單體、中間體到各類終端產品生產,從有機硅教學、科研、工程化開發和設計到加工助劑、專用設備、分析檢測、自動控制、倉儲物流、安全環保等相關產業配套齊全的有機硅工業體系。

2015年,中國硅氧烷產能超過全球總量的一半,產量和消費量約占全球總量的40%,年銷售額超過400億元。中國已成為全球最大的有機硅生產國和消費國。

用途與特性

王躍林說,有機硅材料具有極好的耐天候老化性能,可在自然環境下使用20年以上;有機硅橡膠能在-60℃~250℃寬溫域內保持彈性,特殊品種更可在-120℃極低溫和400℃高溫下保持彈性,是唯一具有如此寬廣溫度適應范圍的橡膠材料;有機硅材料具有極佳的電氣絕緣性能,同時還能通過填充體系的調整,變成導電材料和導熱材料;有機硅具有有機合成材料中最好的生理相容性,可與人體長期接觸而無毒副作用、無刺激性;有機硅化合物及其高分子材料表面性能獨特,可作為表面活性劑、防水劑、高分子材料加工助劑等廣泛使用;有機硅材料特殊的分子結構賦予其廣泛的可設計性,可以適應各行業不同的個性化需求,而且是唯一不依賴于石油資源的合成高分子材料。

 因此,有機硅材料是現代工業,特別是高技術產業具有不可替代作用的一類新材料,而且是最具有資源優勢的合成新材料。經過幾十年的發展,隨著社會進步和經濟發展對高性能材料需求的增長,有機硅材料已廣泛應用于航空航天、電子信息、電力電/器氣、建筑工程、紡織服裝、石油化工、生物醫藥、農業水利、環境保護、新能源、現代交通、機械、食品、室內裝修、日化和個人護理用品等幾乎所有的工業領域和高新技術產業。有機硅材料的應用,促進了許多領域的技術變革。世界有機硅工業已發展成為產品牌號上萬種,年銷售額超過200億美元的重要的化工新材料產業。

 產業鏈四個環節

有機硅產業鏈由原料、單體、中間體、深加工產品四個環節組成,生產有機硅的基礎原料主要有金屬硅、甲醇、氯化氫及其他配合劑。最重要的有機硅單體是甲基氯硅烷,占單體總量的90%以上,是整個有機硅工業的基礎和支柱;有機硅中間體主要有各種硅氧烷環體及其基礎硅油、硅橡膠基礎膠料等;由有機硅單體及中間體出發,經不同反應,或添加各類填料及助劑,進一步加工成硅油、硅橡膠、硅樹脂等各種終端產品;硅烷偶聯劑和氣相法白炭黑是兩大類特殊的硅化學品,它們不但是硅橡膠的重要添加劑和改性劑,還廣泛用于其它許多行業。

    甲基氯硅烷

    制備有機硅材料離不開有機硅單體,甲基氯硅烷是最重要也是用量最大的有機硅單體,其生產水平和裝置規模是衡量一個國家有機硅工業技術水平的重要依據。

“十二五”期間,通過產業結構調整及市場調節,我國甲基氯硅烷產能過快擴張的勢頭得到有效遏制。2015年末,全國共有甲基氯硅烷生產企業13家,較“十一五”末減少2家,總產能267萬噸/年,較“十一五”末增長57%;產量193萬噸,較“十一五”末增長了127%。

“十二五”期間,我國甲基氯硅烷生產企業加大了技術投入,在二甲基二氯硅烷選擇性、觸體產率、原材料消耗等方面有了明顯進步。不少企業通過技術改造將原設計產能為6萬噸/年的流化床反應器提高到8~10噸/年,大幅度提高了生產效率;積極采用二甲濃酸加壓水解、水解物線環分離、高沸裂解、低沸歧化等新技術、新工藝,提高了原材料和副產物的有效利用率。

苯基氯硅烷

苯基氯硅烷是制備高性能有機硅聚合物的重要單體之一,它對改善有機硅氧烷的性能,特別是對提高有機硅產品的耐溫性、與有機材料的相容性、化學穩定性、折光率、耐輻射等有明顯作用,在有機硅單體中,其用量和重要性僅次于甲基氯硅烷。

受LED、光伏等新興產業快速發展的影響和帶動,“十二五”期間,苯基氯硅烷的需求量越來越大,產能從“十一五”末的5000噸/年增加到15000噸/年,最大單機規模達到5000噸/年。2015年我國苯基氯硅烷產量超過5000噸。

乙烯基類硅烷

乙烯基類硅烷包括甲基乙烯基二氯硅烷、乙烯基三氯硅烷及其烷氧基硅烷、乙烯基雙封頭等,是生產硅橡膠、交聯聚乙烯、硅丙乳液、無機材料表面改性及其他高分子材料改性的重要原料。到2015年底,我國乙烯基類硅烷總產能約25000噸,產量約12000噸,其中乙烯基三甲氧基硅烷量最大,約占總量的80%。“十二五”期間,我國乙烯基三甲氧基硅烷生產技術取得了長足進步,其品質已達到國際先進水平,生產成本也具有明顯的競爭優勢。在滿足國內有機硅下游產品多樣化、高性能發展及其他行業需要的同時,還大量出口,成為我國有機硅行業具有較強國際競爭力的產品之一。

硅橡膠

硅橡膠按照硫化溫度分為熱硫化(HTV)硅橡膠和室溫硫化(RTV)硅橡膠兩大類,是有機硅產量最大的種類,目前我國硅橡膠消費量約占有機硅材料總量的72%。

我國熱硫化硅橡膠的主要品種為甲基乙烯基硅橡膠,應用十分廣泛;苯基硅橡膠和氟硅橡膠等特種硅橡膠產量很低,總量約1000噸/年,主要用于航空航天、LED及部分特殊場合。甲基乙烯基硅橡膠生膠規模以上生產企業與“十一五”末相比數量上沒有大的變化,約30余家,但隨著有機硅單體企業紛紛擴大生產能力,產能集中度越來越高。

混煉硅橡膠及其制品品種多樣,靈活多變,生產分散,生產企業無法準確統計,估計有數百家。熱硫化硅橡膠的傳統應用領域包括電子、電器/氣、機器設備、廚衛家居、汽車等領域。近幾年,隨著我國高速鐵路和軌道交通的迅猛發展,帶動了熱硫化硅橡膠在這一領域的應用;硅橡膠在醫療衛生和居家用品方面的用量逐年增加;在替代三元乙丙橡膠用于幕墻、門窗密封方面取得了重大進展。

2015年我國熱硫化硅橡膠產能約80萬噸/年,產量約60萬噸。

“十二五”期間房地產業仍然是室溫硫化硅橡膠的主要應用領域,電子、電器/氣、汽車、軌道交通及新能源領域的需求穩步增長,使室溫硫化硅橡膠在有機硅行業繼續保持了用量最大的地位。2015年我國室溫硫化硅橡膠生產企業不少于500家,總產能超過100萬噸/年,產量約80萬噸。建筑用硅酮結構密封膠合格生產企業達到83家,較“十一五”末增加了32家。

“十二五”期間中國房地產行業經歷了一個由快速增長到階段性調整的變化,2011~2013年,建筑用硅酮密封膠用量年均增長率約20%,2014年以后增幅明顯放緩。在此形勢下,企業更加重視新產品開發和產品質量,在生產設備的先進性和自動化程度方面也有很大的提高,5000噸/年以上的連續化生產線成為骨干企業的主流生產設備,最大單套產能達到10000噸/年,實現了硅酮建筑密封膠生產方式質的飛躍,行業整體技術水平有了較大提高。

除硅酮建筑密封膠外,室溫硫化硅橡膠繼續保持在電子、電器/氣、按鍵、模具、醫療衛生等傳統產業的應用和穩定增長,在汽車、新能源和環保產業的應用也得到了長足發展,占比越來越大,估計已超過15%。各種絕緣、減震、阻燃、導熱等有機硅密封膠在LED照明和各類電源上獲得了大量使用;單、雙組分液體硅橡膠廣泛用于太陽能電池板的邊框粘接、接線盒的絕緣、防潮和耐候密封;針對煙氣脫硫防腐工程開發的具有耐酸、耐熱、阻燃特性有機硅煙囪膠正成為電廠環保的關鍵材料之一。

硅油

硅油類產品形態多樣,品種繁多,主要用于紡織、日化、加工助劑、表面處理和消泡等領域。“十二五”期間我國硅油的生產和應用都取得了較大進步,品種更加豐富,并建成了國內首條萬噸級連續化硅油生產線,硅油在有機硅中的消費比例有明顯提高。2015年我國硅油及其二次加工品生產企業超過200家,總產能(折合100%硅氧烷)約30萬噸/年,產量約24萬噸。產量最大的是二甲基硅油,其次為含氫硅油,產量約3萬噸。

紡織行業仍然是硅油的最大消費領域,從二甲基硅油到氨基硅油等改性硅油,從纖維油劑、印染助劑到織物整理劑,涉及面廣,用量大,估計2015年我國紡織行業消耗硅油約8萬噸;二甲基硅油、羥基硅油及含氫硅油大量用于室溫硫化硅橡膠、熱硫化硅橡膠、加成型硅橡膠及其它橡塑產品的加工,消費量超過10萬噸/年;得益于硅油優異的生物相容性,在日用化學品中的用量越來越大,估計年用量約2萬噸;輪胎行業也是硅油的重要應用領域,消耗有機硅脫模劑折硅油約1萬噸/年;生產聚氨酯泡沫的勻泡劑及造紙、食品、環保等產業的消泡劑消耗硅油約2萬噸;苯基硅油的產量仍然不大,主要用于大型電力電容器的絕緣浸漬劑,高溫熱載體、高真空行業及化妝品行業,目前年消耗量約5000噸。總體來講,我國與歐美、日本等發達國家相比,硅油消費量還處于較低水平,增長空間較大。

硅樹脂

與硅橡膠和硅油相比,我國硅樹脂產量要低得多,約占有機硅總產量的2%,“十二五”期間仍然沒有突破性進展。我國專業生產硅樹脂的企業很少,主要依托在油漆、涂料或絕緣材料廠生產,產品以甲基、苯基硅樹脂為基料的絕緣漆、耐熱涂料、云母粘接劑等為主。估計2015年我國硅樹脂總產能約3萬噸/年,產量約1.6萬噸,消費量約2萬噸。

“十二五”期間,LED和光伏產業的強勁需求帶動了苯基硅樹脂和MQ硅樹脂的發展,生產技術水平和產品質量有了很大進步,市場競爭力進一步提高;有機硅改性環氧和聚酯等合成樹脂的研究比較活躍,在電子電器等領域應用效果明顯,預計會有較好的發展前景;用于建筑外墻涂料的有機硅改性丙烯酸涂料(硅丙涂料)在我國研究起步較早,研究成果也比較多,但應用推廣效果還不理想。隨著我國加大環境治理力度,空氣質量逐漸好轉,環境友好的硅丙涂料在建筑領域會有好的表現,有望成為硅樹脂的重要應用領域。

硅烷偶聯劑

硅烷偶聯劑廣泛用于有機聚合物及其復合材料的改性、無機材料的表面改性,起偶聯、粘接促進、表面保護、改變表面活性等作用;硅烷交聯劑主要用于縮合型室溫硫化硅橡膠的交聯反應使其形成網狀結構的彈性體。重要的硅烷偶聯劑有含硫、氨基、不飽和基等硅烷,重要的硅烷交聯劑有脫酮肟型、脫醋酸型、脫醇型等硅烷。

“十二五”期間我國硅烷偶聯劑和交聯劑行業延續了“十一五”的發展勢頭,產量快速增長,品種不斷豐富,技術水平進一步提升。隨著中國硅烷偶聯劑和交聯劑質量的提高,市場競爭力不斷增強,產品不僅在國內占據主導地位,還是我國出口量最大的有機硅產品,已成為全球硅烷偶聯劑和交聯劑的主要供應基地。

2015年我國約有近100家硅烷偶聯劑和交聯劑生產企業,總產能超過50萬噸,產量約35萬噸(含中間體),十二五期間年均增長率超過20%,是有機硅行業增幅最大的品種。

氣相法白炭黑

氣相法白炭黑又名氣相二氧化硅,是由氯硅烷(主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷)在氫氧焰中高溫水解而得到的原生態粒徑為納米級的無定形二氧化硅,比表面積大,表面活性高,廣泛用于硅橡膠、膠粘劑、密封劑、涂料、油漆、油墨、塑料和隔熱材料等行業,起補強、增稠、觸變、消光、隔熱等作用。

2015年我國含外資企業在內共有20多家氣相法白炭黑生產企業,總產能約12萬噸/年,產量約6.2萬噸,表觀消費量約6萬噸。

“十二五”期間我國氣相法白炭黑在產業布局和產能、產品質量上都取得了長足進步,親水產品性能與國外產品的差距逐漸縮小,在某些領域例如硅橡膠、油墨涂料等行業的應用具備完全替代國外產品的競爭力;疏水產品研究取得了突破,產業化取得較大進展;修訂了《GB/T 20020:2013 氣相二氧化硅》國家標準,使我國氣相法白炭黑在產品標準化方面走在國際前列。

氣相法白炭黑的生產與有機硅和多晶硅產業有密切關系,國內不少有機硅和多晶硅企業基于資源綜合利用目的配套建設了氣相法白炭黑生產裝置,成為硅產業循環經濟的一大亮點。由于資源、環境等方面的原因,外國公司加快了在中國的投入,全球四大氣相法白炭黑生產商有三家在華建立了獨資或合資企業,其產能在“十二五”期間翻了一番。


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