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有機硅產業:上下而求索
查看:3445  發稿日期:2014-11-7

來源:中國化工報     作者:李聞芝


  

在業內人士看來,有機硅在消費品領域的應用前景廣闊。圖為國內首個用有機硅材料制作的女士手包。(企業供圖)

  經過60多年的發展,我國有機硅產業已完成了基礎建設,開始向下游高端領域進發,機遇與挑戰并存。產業發展的機遇在于,一系列高性能有機硅下游產品在一些新興領域的應用前景不斷拓寬,而隨著原料成本的降低,原本是陽春白雪的硅橡膠、硅油等產品更多地進入了尋常百姓家,帶動產業規模不斷擴大;但與此同時,產業面臨的挑戰依然嚴峻,有機硅單體產能過剩、高端產品匱乏、自主創新能力薄弱等問題依然是掣肘。

  那么,有機硅產業該如何清除發展中的障礙?業內專家給出了建議:從“上下”兩頭入手。

  提高效率上新技術
  ●氯甲烷單體轉化率僅國外一半
  ●常溫直接合成工藝成關注重點

  據中國氟硅有機材料工業協會有機硅專委會秘書長楊曉勇介紹,我國有機硅產業起步于上世紀50年代,經過60多年的發展,產業規模和技術水平都取得長足進步,主要產品從大部分依賴進口到可以自給自足,且部分產品還有出口。特別是近10年,行業技術水平提升較快,與國外先進水平的差距不斷縮小。中國氟硅有機材料工業協會提供的一份資料顯示:我國已成為有機硅產品生產大國,2013年有機硅單體產能已達到220萬噸,處于結構性過剩狀態;產量達到160萬噸,占全球總產量的30%以上;表觀消費量為160萬噸,成為世界最大有機硅產品消費國,自給率超過95%。

  “雖然我國主要有機硅產品實現了國產化,但許多高性能的專用產品仍缺乏,特別是應用在國防軍工等高技術領域的材料依舊被國外公司所壟斷,極大阻礙了我國高技術領域的發展?!睏顣杂卤硎?。

  如何化解基礎、通用型產品過剩與高端產品不足的矛盾,提升產業競爭力?楊曉勇認為,從技術角度講,首先是要在上游有機硅單體的合成上做工作,開發新型高效流化床反應器、開展單體合成工藝的技術研究,提高初級產率和氯甲烷轉化率、降低物耗能耗。

  他告訴中國化工報記者,我國在有機硅單體生產上,無論是流化床的設計還是合成工藝,都與國外先進水平存在巨大差距,特別是體現在初級產率和單體轉化率上。比如,我國氯甲烷的單體轉化率普遍只有30%左右,而國外先進水平卻能達到60%~70%。同樣進去一批原料,我國裝置產出的產品量只有國外的一半,這就意味著我們要對氯甲烷進行反復回收,消耗大量能源。具體看,我國中等偏上的有機硅裝置綜合能耗水平比國外高出30%,水平低的甚至比國外高出2倍以上。

  另據了解,我國目前采用的甲基苯基硅氧烷合成技術,在反應過程中會產生多氯聯苯,分離提純困難,而其純度不高也會影響下游的硅膠在一些高技術領域的應用。因此,開發非氯硅烷的甲基苯基硅氧烷合成路線勢在必行。

  如果說有機硅單體技術還只是在原來合成路線上做些改動,更具挑戰性的則是國際上正悄然興起的一個全新的顛覆性合成工藝——它不需將硅石高溫還原成單質硅,再與鹵代烴反應制得硅鹵烷,而是在常溫下將硅石電解與甲醇反應直接合成硅氧烷單體。

  “2014年3月18日,美國一家網站公開發表了鮑爾州立大學化學系研究人員的研究成果:在室溫下采用電化學的方法,以正己烷作溶劑,將硅石與甲醇反應,直接獲得D3、D4和D5硅氧烷單體混合環體,甲醇轉化率幾乎是100%,而反應電壓只有2.7~3V。我看到這條消息有些震驚,這個技術一旦開發成功,將給全球有機硅產業帶來革命性變革。新工藝直接用硅石原料,省去了電解還原金屬硅的步驟,這樣就能大大降低有機硅單體合成的能源消耗,成本也會隨之大幅降低。如果未來三五年這一技術實現工業化,對我國現有的機硅單體生產企業將是巨大的沖擊?!睏顣杂虏粺o擔憂地說。

  中國化工報記者了解到,除了美國,日本也在2012年啟動了“綠色可持續發展化學”計劃,撥款32.5億日元,先期啟動的兩個項目之一就是硅石直接合成有機硅單體的研究。

  “這方面的信息我們早就關注到了,協會也一直在考慮成立一個產業技術聯盟開展相關工作。但沒想到的是,國外的研究工作進展這么快,而且合成條件這么溫和簡單?!睏顣杂卤硎?,“我們一定要高度重視這一技術的進展情況,盡快組織起研究所、高校和企業共同參與的產業技術聯盟,開展相關研究工作。這是一項戰略性和前瞻性的研究課題,是節約資源、綠色環保、降低成本的重大技術創新,是有機硅行業要想實現可持續發展必須做好的工作?!?/SPAN>


?、诠柘鹉z密封件產品。(任重 攝) 
 

  加快石油基材料替代
  ●替代石油基優勢互補前景廣闊
  ●共聚改性可降低成本提升性能

  在化學元素周期表中,C(碳)和Si(硅)屬同族元素,但在石油資源被人類利用了100多年后的今天,有機碳材料和有機硅材料卻面臨完全不同的命運:以石油基為原料的碳基高分子材料正受到原油供應緊張的威脅,產品價格逐年上漲,資源匱乏的壓力越來越大;而以二氧化硅(主要來自于石頭和沙子)為原料的硅基高分子材料,受益于技術進步和新工藝開發,產品價格逐步下降,而材料性能卻不斷提升。在高分子材料上,Si元素對C元素的競爭性替代已經拉開帷幕。早在8年前就有人指出,有機硅將成為未來高分子材料的王者。這樣的預言,目前正轉化為現實。

  楊曉勇認為,替代石油基合成材料是有機硅產業的一個重要發展方向。2013年我國石油對外依存度達到58.1%,石油供應安全風險不言而喻。而有機硅以金屬硅、煤炭和海鹽為原料,完全不依賴石油和天然氣,而且有機硅高分子材料的許多性能與石油基合成材料相近或存在優勢互補,是后者理想的替代品。目前,我國已在有機硅密封材料、導熱材料和絕緣材料以及通用橡膠和塑料的改性方面取得了較大進展,未來在醫療用品、運動器材以及導熱、絕緣、密封等領域將逐步發揮作用。

  楊曉勇進一步強調,以硅石為原料直接合成有機硅單體的工藝一旦開發成功,有機硅合成材料的價格將大幅下降,現在賣十幾元1千克的產品將來可能降到幾元錢,這會極大刺激下游需求的增長,為有機硅產業在石油基替代領域的發展打開巨大空間。

  王躍林則向中國化工報記者談到:“近些年,有機硅橡膠替代合成橡膠和天然膠的可能性在加大,這主要體現在價格優勢上。每噸三元乙丙膠在2011年時最高賣到5.5萬元,現在為2萬~3萬元。而目前每噸硅橡膠的價格只有1.7萬~1.8萬元。在替代合成橡膠和天然橡膠方面,硅橡膠的一個缺點是強度不夠;但在一些強度要求不高的領域,比如汽車膠、門窗密封膠以及電纜等產品上,有機硅橡膠有許多替代機會?!?/SPAN>

  石油和化學工業規劃院院長助理張方也持有相同觀點。他認為,一方面,過去幾年間,硅橡膠與天然橡膠、石油基合成橡膠的價格出現逆轉,使得原本價格懸殊的兩種材料在使用成本上相差無幾;另一方面,硅橡膠是傳統意義上的高性能特種橡膠,具有非常優良的綜合性能,在適當調整混煉配方和成型工藝的前提下,可在眾多領域替代石油基合成橡膠和天然橡膠。張方預測,到2020年,硅橡膠占橡膠消費總量的比例有望達到30%左右,我國橡膠消費結構將出現天然橡膠、石油基合成橡膠和硅橡膠三足鼎立的局面。 

  張方還提到,硅材料與石油基材料融合發展已是大勢所趨,用有機硅對丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂進行共聚改性,可節省部分石油基材料,又可大幅提升石油基材料的耐溫性、韌性、自潔性,一舉兩得。

 


 ?、凵显碌自诒本┱匍_的2014年氟硅產業發展與合作交流大會上,與會者對專家的演講內容產生了濃厚的興趣,舉起手機拍照. (本報記者 李聞芝 攝)

  加強高端產品開發
  ●已成全球有機硅材料最大消費國
  ●新興領域產品尚不具備生產能力

  如果說有機硅上游面臨的更多的是挑戰,那么下游面對的則是更多的機遇。

  據楊曉勇介紹,近10年來我國硅氧烷消費量年均增長率約為20%。2013年,中國硅氧烷表觀消費量達81.2萬噸,同比增長15.5%,銷售額約300億元,我國已成為全球有機硅材料最大消費國。盡管如此,我國有機硅產業才剛剛進入高速增長期,未來不僅傳統領域對其需求還將持續較快增長,新產品和新用途也會層出不窮,為有機硅行業提供巨大發展空間。

  據悉,有機硅的下游產品分為硅油、硅橡膠、硅樹脂和硅烷偶聯劑四大類,產品品種達數千個,而應用領域除了建筑、電力、機械加工、紡織、皮革、日用品、個人護理用品、醫藥等傳統領域外,近年在太陽能、風電、高鐵、汽車、電子信息技術、醫療衛生以及高端制造、節能環保等產業中的應用也不斷拓展。而且,這些新興領域大多采用高性能、專用化、精細化的有機硅產品,這部分產品恰恰集中在我們尚未涉足且潛力巨大的細分市場上,大多數產品國內還不具備自主開發能力和生產能力。因此,加快對下游高技術領域的滲透,已成為國內有機硅產業界的共識。

  “目前中國有機硅行業的產品主要集中在中低端市場,而高科技含量的高端產品大部分被國外公司壟斷,國內少有企業涉足。未來中國有機硅產業應在這方面下功夫?!背啥脊鑼毧萍脊煞萦邢薰究偨浝硗跤兄芜@樣對中國化工報記者表示。

  王有治以汽車密封膠為例,介紹了其市場前景。他告訴中國化工報記者:“汽車上用到的密封膠材料有20多種,國產硅膠只在車燈和發動機上有少量應用,而風擋玻璃、內飾、車邊膠、底盤等部件上用到的全部是國外品牌?!?/SPAN>

  王有治還給出了一組數據,通常情況下,一輛轎車上用到的有機硅密封膠占轎車重量的5%左右,以一輛轎車重1噸計算,有機硅材料用量約幾十千克,而2013年中國汽車產銷量超過2000萬輛,這樣算下來,僅汽車行業每年消費的有機硅就超過100萬噸??上У氖?,如此大量的下游市場卻鮮有中國企業的身影。

  “國際上大的汽車生產商對于材料的性能、質量、安全性等要求十分苛刻,要通過他們的全程考察和認證至少要3~5年??梢坏┻M入供應商的名單,別的廠商想替代也是很難的。因此這個行業的收益非常好,毛利率一般在50%以上。國內有志于做大做強的企業應該在這方面努力?!蓖跤兄稳缡钦f。

  據了解,硅寶科技已將汽車用膠作為公司未來的一個主攻方向。今年該公司將有兩條新生產線投產,總產能將增加到8萬噸,新裝置主要加工用于汽車、新能源、電子信息、節能環保等高技術領域的硅膠產品。
 
  在廣州吉必盛科技實業有限公司董事長王躍林看來,除了工業用膠,有機硅在消費品領域的應用也將更廣闊。

  “2013年10月,中國品牌皮西蒂亞在廣東東莞舉行新品發布會,展示首個用有機硅材料制作的女士手包。這個消息讓我欣喜,也讓我看到了有機硅產業的春天。我覺得,有機硅行業目前的工作重點不應再是擴大規模,也不再是把材料強度提高幾個兆帕,而是致力于將更多的有機硅材料做成大眾消費品。我國是人口大國,消費品市場規模巨大。數據顯示,在歐盟國家的生活用品中,有3%為有機硅產品,而在中國這個比例只有0.3%,因此發展潛力巨大。而且,隨著有機硅單體價格的逐步降低,以前在百姓看來是陽春白雪的有機硅,也會進入到尋常百姓家?!蓖踯S林表示。

  ?、苡糜谄嚨挠袡C硅密封材料品質要求高,但收益也高,因此一些企業把目光投向了這一領域。圖為2012年7月,硅寶科技5萬噸/年有機硅密封材料及配套項目開工現場。(CFP 供圖)

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為科技創新營造好環境

  產品結構不合理、自主創新能力薄弱似乎是中國化工大多數子行業的通病,有機硅產業也不例外。而對于新興產業特色明顯的有機硅產業而言,通過技術創新調整產業結構、提高技術水平、推動產業向高端發展是必由之路。這不僅僅因為有機硅單體產能存在結構性過剩,還有一個更重要的原因是:一些重要領域比如國防、軍工、航天的產品技術別人是不會輕易給我們的。因此,自主創新顯得尤為重要,而激勵創新的機制和環境更是不可或缺。

  事實上,我國有機硅產業60年的發展歷程也證明了這一點。上世紀50年代初,為配套軍工產業的發展,我國開始組織專門研究機構對有機硅技術進行攻關,從1958年首次生產出有機硅單體,從百噸級、千噸級到萬噸級整整花了近40年時間。依靠自力更生、自主研發,我國打破了國外的技術封鎖和壟斷,奠定了有機硅產業的基礎,實現了從無到有的飛躍。

  然而,隨著我國市場經濟改革的深入和推進,這種“國家隊”的技術攻關模式逐漸失去了生命力,研究單位開始以市場為導向,開發市場上暢銷的短平快產品,而企業的目光更是盯在眼前的市場上,很少有人去考慮長遠的發展戰略。即便有一些企業想要在基礎研究上做些工作,大多也力不從心,畢竟原始創新、基礎創新耗時耗力,投入多、回報少。

  可是,產業發展到今天,有機硅單體產能嚴重過剩。當我們不再為沒原料而擔憂時,如何化解過剩產能、重新賦予產業新的發展動力卻又成了新挑戰。更何況,作為一種新材料,性能優異的有機硅下游產品在我國的新興領域如新能源、信息技術、航空航天、醫療衛生及高端制造等產業中擔負著不可或缺的基礎材料的角色。如果這部分材料開發跟不上,將會嚴重阻礙我國相關新興產業的發展。

  要想有機硅產業實現從大到強的二次騰飛,必須依靠自主創新,只不過有別于此前的“國家隊”攻關模式,在新的環境下,只有由企業、研究院所、大專院校組建的“聯合艦隊”方能擔此重任。

  值得欣喜的是,有機硅產業和企業已經意識到了自主創新的重要性;行業協會則提出了未來發展的關鍵技術預測和產業技術路線圖,并明確了攻克重大技術專項的時間表;針對戰略性和前瞻性重大技術課題的“聯合艦隊”也正在醞釀中。
 
  而政府要做的,就是為這樣的一個團隊營造良好的市場環境。一是要轉變創新推進方式,從政府主導創新轉向市場引導和政府支持相結合,提高政策的綜合性與協調性;二是要進一步完善有利于創新的機制體制,有效發揮市場機制配置資源的決定性作用,通過普惠性政策調動企業和社會的創新積極性;三是要加大知識產權保護力度,讓創新者勞有所獲、勞有所得。

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