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有机硅产业:上下 而求索
查看:2619  发稿日期: 2014-11-7

来源:中国化工报      作者:李闻芝


  

在业内人士看来, 有机硅在消费品领域的应用前景广阔。图为国内首个用有机硅材料制作的女士手包。(企业供图)

  经过60多年的发展,我国 有机硅产业已完成了基础建设,开始向下游高端领域进发,机遇与挑战并存。产业发展的机遇在于,一系列高性能有机硅下游产品在一些新兴领域的应用前景不断拓宽,而随着原料成本的降低,原本是阳春白雪的硅橡胶、硅油等 产品更多地进入了寻常百姓家,带动产业规模不断扩大;但与此同时,产业面临的挑战依然严峻,有机硅单体产能过剩、高端产品匮乏、自主创新能力薄弱等问题依然是掣肘。

  那么,有机硅 产业该如何清除发展中的障碍?业内专家给出了建议:从“上下”两头入手。

  提高效率上新 技术
  ●氯甲烷单体 转化率仅国外一半
  ●常温直接合 成工艺成关注重点

  据中国氟硅有 机材料工业协会有机硅专委会秘书长杨晓勇介绍,我国有机硅产业起步于上世纪50年代,经过 60多年的发展,产业 规模和技术水平都取得长足进步,主要产品从大部分依赖进口到可以自给自足,且部分产品还有出口。特别是近10年,行业技术水平 提升较快,与国外先进水平的差距不断缩小。中国氟硅有机材料工业协会提供的一份资料显示:我国已成为有机硅产品生产大国,2013年有机硅单体产能 已达到220万吨,处于结构性 过剩状态;产量达到160万吨,占全球总产 量的30%以上;表观消费量 为160万吨,成为世界最 大有机硅产品消费国,自给率超过95%。

  “虽然我国主 要有机硅产品实现了国产化,但许多高性能的专用产品仍缺乏,特别是应用在国防军工等高技术领域的材料依旧被国外公司所垄断,极大阻碍了我国高技术领域的发展。”杨晓勇表示。

  如何化解基础 、通用型产品过剩与高端产品不足的矛盾,提升产业竞争力?杨晓勇认为,从技术角度讲,首先是要在上游有机硅单体的合成上做工作,开发新型高效流化床反应器、开展单体合成工艺的技术研究,提高初级产率和氯甲烷转化率 、降低物耗能耗。

  他告诉中国化 工报记者,我国在有机硅单体生产上,无论是流化床的设计还是合成工艺,都与国外先进水平存在巨大差距,特别是体现在初级产率和单体转化率上。比如,我国氯甲烷的单体转化率普遍只有30%左右,而国外先进 水平却能达到60%~70%。同样进去一批原 料,我国装置产出的产品量只有国外的一半,这就意味着我们要对氯甲烷进行反复回收,消耗大量能源。具体看,我国中等偏上的有机硅装置综合能耗水平比国外高出30%,水平低的甚至比 国外高出2倍以上。

  另据了解,我 国目前采用的甲基苯基硅氧烷合成技术,在反应过程中会产生多氯联苯,分离提纯困难,而其纯度不高也会影响下游的硅胶在一些高技术领域的应用。因此,开发非氯硅烷的甲基苯基硅氧烷合成路线势在必行。

  如果说有机硅 单体技术还只是在原来合成路线上做些改动,更具挑战性的则是国际上正悄然兴起的一个全新的颠覆性合成工艺——它不需将硅石高温还原成单质硅,再与卤代烃反应制得硅卤烷,而是在常温下将硅石电解与甲醇反应直接合成硅 氧烷单体。

  “2014年3月18日,美国一家网站 公开发表了鲍尔州立大学化学系研究人员的研究成果:在室温下采用电化学的方法,以正己烷作溶剂,将硅石与甲醇反应,直接获得D3、D4和D5硅氧烷单体混合环 体,甲醇转化率几乎是100%,而反应电压只有 2.7~3V。我看到这条消息 有些震惊,这个技术一旦开发成功,将给全球有机硅产业带来革命性变革。新工艺直接用硅石原料,省去了电解还原金属硅的步骤,这样就能大大降低有机硅单体合成的能源消耗,成本也会随之大幅降低。如果未来三五年这一技 术实现工业化,对我国现有的机硅单体生产企业将是巨大的冲击。”杨晓勇不无担忧地说。

  中国化工报记 者了解到,除了美国,日本也在2012年启动了“绿色可 持续发展化学”计划,拨款32.5亿日元,先期启动 的两个项目之一就是硅石直接合成有机硅单体的研究。

  “这方面的信 息我们早就关注到了,协会也一直在考虑成立一个产业技术联盟开展相关工作。但没想到的是,国外的研究工作进展这么快,而且合成条件这么温和简单。”杨晓勇表示,“我们一定要高度重视这一技术的进展情况,尽快组织起 研究所、高校和企业共同参与的产业技术联盟,开展相关研究工作。这是一项战略性和前瞻性的研究课题,是节约资源、绿色环保、降低成本的重大技术创新,是有机硅行业要想实现可持续发展必须做好的工作。”


 ②硅橡胶密封件 产品。(任重 摄) 
 

  加快石油基材 料替代
  ●替代石油基 优势互补前景广阔
  ●共聚改性可 降低成本提升性能

  在化学元素周 期表中,C(碳)和Si(硅)属同族元素 ,但在石油资源被人类利用了100多年后的今天,有 机碳材料和有机硅材料却面临完全不同的命运:以石油基为原料的碳基高分子材料正受到原油供应紧张的威胁,产品价格逐年上涨,资源匮乏的压力越来越大;而以二氧化硅(主要来自于石头和沙子)为原料的硅基高分子材料, 受益于技术进步和新工艺开发,产品价格逐步下降,而材料性能却不断提升。在高分子材料上,Si元素对C元素的竞争性替代 已经拉开帷幕。早在8年前就有人指出, 有机硅将成为未来高分子材料的王者。这样的预言,目前正转化为现实。

  杨晓勇认为, 替代石油基合成材料是有机硅产业的一个重要发展方向。2013年我国石油对外依 存度达到58.1%,石油供应安全风 险不言而喻。而有机硅以金属硅、煤炭和海盐为原料,完全不依赖石油和天然气,而且有机硅高分子材料的许多性能与石油基合成材料相近或存在优势互补,是后者理想的替代品。目前,我国已在有机硅密封材料、导热材料和绝 缘材料以及通用橡胶和塑料的改性方面取得了较大进展,未来在医疗用品、运动器材以及导热、绝缘、密封等领域将逐步发挥作用。

  杨晓勇进一步 强调,以硅石为原料直接合成有机硅单体的工艺一旦开发成功,有机硅合成材料的价格将大幅下降,现在卖十几元1千克的产品将来可 能降到几元钱,这会极大刺激下游需求的增长,为有机硅产业在石油基替代领域的发展打开巨大空间。

  王跃林则向中 国化工报记者谈到:“近些年,有机硅橡胶替代合成橡胶和天然胶的可能性在加大,这主要体现在价格优势上。每吨三元乙丙胶在2011年时最高卖到 5.5万元,现在为 2万~3万元。而目前每吨 硅橡胶的价格只有1.7万~1.8万元。在替代合成 橡胶和天然橡胶方面,硅橡胶的一个缺点是强度不够;但在一些强度要求不高的领域,比如汽车胶、门窗密封胶以及电缆等产品上,有机硅橡胶有许多替代机会。”

  石油和化学工 业规划院院长助理张方也持有相同观点。他认为,一方面,过去几年间,硅橡胶与天然橡胶、石油基合成橡胶的价格出现逆转,使得原本价格悬殊的两种材料在使用成本上相差无几;另一方面,硅橡胶是传统意义上的高性能特种 橡胶,具有非常优良的综合性能,在适当调整混炼配方和成型工艺的前提下,可在众多领域替代石油基合成橡胶和天然橡胶。张方预测,到2020年,硅橡胶占橡胶 消费总量的比例有望达到30%左右,我国橡胶消 费结构将出现天然橡胶、石油基合成橡胶和硅橡胶三足鼎立的局面。 

  张方还提到, 硅材料与石油基材料融合发展已是大势所趋,用有机硅对丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂进行共聚改性,可节省部分石油基材料,又可大幅提升石油基材料的耐温性、韧性、自洁性,一举两得。

 


  ③上月底在北 京召开的2014年氟硅产业发展与 合作交流大会上,与会者对专家的演讲内容产生了浓厚的兴趣,举起手机拍照. (本报记者 李闻芝 摄)

  加强高端产品 开发
  ●已成全球有 机硅材料最大消费国
  ●新兴领域产 品尚不具备生产能力

  如果说有机硅 上游面临的更多的是挑战,那么下游面对的则是更多的机遇。

  据杨晓勇介绍 ,近10年来我国硅氧烷消 费量年均增长率约为20%。2013年,中国硅氧烷表 观消费量达81.2万吨,同比增长 15.5%,销售额约 300亿元,我国已成为 全球有机硅材料最大消费国。尽管如此,我国有机硅产业才刚刚进入高速增长期,未来不仅传统领域对其需求还将持续较快增长,新产品和新用途也会层出不穷,为有机硅行业提供巨大发展空间。

  据悉,有机硅 的下游产品分为硅油、硅橡胶、硅树脂和硅烷偶联剂四大类,产品品种达数千个,而应用领域除了建筑、电力、机械加工、纺织、皮革、日用品、个人护理用品、医药等传统领域外,近年在太阳能、风电、高铁、汽车、电子信息 技术、医疗卫生以及高端制造、节能环保等产业中的应用也不断拓展。而且,这些新兴领域大多采用高性能、专用化、精细化的有机硅产品,这部分产品恰恰集中在我们尚未涉足且潜力巨大的细分市场上,大多数产品国内还不具 备自主开发能力和生产能力。因此,加快对下游高技术领域的渗透,已成为国内有机硅产业界的共识。

  “目前中国有 机硅行业的产品主要集中在中低端市场,而高科技含量的高端产品大部分被国外公司垄断,国内少有企业涉足。未来中国有机硅产业应在这方面下功夫。”成都硅宝科技股份有限公司总经理王有治这样对中国化工报记者表示。

  王有治以汽车 密封胶为例,介绍了其市场前景。他告诉中国化工报记者:“汽车上用到的密封胶材料有20多种,国产硅胶只 在车灯和发动机上有少量应用,而风挡玻璃、内饰、车边胶、底盘等部件上用到的全部是国外品牌。”

  王有治还给出 了一组数据,通常情况下,一辆轿车上用到的有机硅密封胶占轿车重量的5%左右,以一辆轿车 重1吨计算,有机硅材 料用量约几十千克,而2013年中国汽车产销量 超过2000万辆,这样算下来 ,仅汽车行业每年消费的有机硅就超过100万吨。可惜的是, 如此大量的下游市场却鲜有中国企业的身影。

  “国际上大的 汽车生产商对于材料的性能、质量、安全性等要求十分苛刻,要通过他们的全程考察和认证至少要3~5年。可一旦进入供 应商的名单,别的厂商想替代也是很难的。因此这个行业的收益非常好,毛利率一般在50%以上。国内有志于 做大做强的企业应该在这方面努力。”王有治如是说。

  据了解,硅宝 科技已将汽车用胶作为公司未来的一个主攻方向。今年该公司将有两条新生产线投产,总产能将增加到8万吨,新装置主要 加工用于汽车、新能源、电子信息、节能环保等高技术领域的硅胶产品。
 
  在广州吉必盛 科技实业有限公司董事长王跃林看来,除了工业用胶,有机硅在消费品领域的应用也将更广阔。

  “2013年10月,中国品牌皮西 蒂亚在广东东莞举行新品发布会,展示首个用有机硅材料制作的女士手包。这个消息让我欣喜,也让我看到了有机硅产业的春天。我觉得,有机硅行业目前的工作重点不应再是扩大规模,也不再是把材料强度提高几个兆帕,而是 致力于将更多的有机硅材料做成大众消费品。我国是人口大国,消费品市场规模巨大。数据显示,在欧盟国家的生活用品中,有3%为有机硅产品,而 在中国这个比例只有0.3%,因此发展潜力巨 大。而且,随着有机硅单体价格的逐步降低,以前在百姓看来是阳春白雪的有机硅,也会进入到寻常百姓家。”王跃林表示。

   ④用于汽车的 有机硅密封材料品质要求高,但收益也高,因此一些企业把目光投向了这一领域。图为2012年7月,硅宝科技 5万吨/年有机硅密封材料 及配套项目开工现场。(CFP 供图)

 相关评论


为科技创新营造好 环境

  产品结构不合 理、自主创新能力薄弱似乎是中国化工大多数子行业的通病,有机硅产业也不例外。而对于新兴产业特色明显的有机硅产业而言,通过技术创新调整产业结构、提高技术水平、推动产业向高端发展是必由之路。这不仅仅因为有机 硅单体产能存在结构性过剩,还有一个更重要的原因是:一些重要领域比如国防、军工、航天的产品技术别人是不会轻易给我们的。因此,自主创新显得尤为重要,而激励创新的机制和环境更是不可或缺。

  事实上,我国 有机硅产业60年的发展历程也证 明了这一点。上世纪50年代初,为配套军 工产业的发展,我国开始组织专门研究机构对有机硅技术进行攻关,从1958年首次生产出有机 硅单体,从百吨级、千吨级到万吨级整整花了近40年时间。依靠自力 更生、自主研发,我国打破了国外的技术封锁和垄断,奠定了有机硅产业的基础,实现了从无到有的飞跃。

  然而,随着我 国市场经济改革的深入和推进,这种“国家队”的技术攻关模式逐渐失去了生命力,研究单位开始以市场为导向,开发市场上畅销的短平快产品,而企业的目光更是盯在眼前的市场上,很少有人去考虑长远的发展战略。即便有一 些企业想要在基础研究上做些工作,大多也力不从心,毕竟原始创新、基础创新耗时耗力,投入多、回报少。

  可是,产业发 展到今天,有机硅单体产能严重过剩。当我们不再为没原料而担忧时,如何化解过剩产能、重新赋予产业新的发展动力却又成了新挑战。更何况,作为一种新材料,性能优异的有机硅下游产品在我国的新兴领域如新能源、信息技 术、航空航天、医疗卫生及高端制造等产业中担负着不可或缺的基础材料的角色。如果这部分材料开发跟不上,将会严重阻碍我国相关新兴产业的发展。

  要想有机硅产 业实现从大到强的二次腾飞,必须依靠自主创新,只不过有别于此前的“国家队”攻关模式,在新的环境下,只有由企业、研究院所、大专院校组建的“联合舰队”方能担此重任。

  值得欣喜的是 ,有机硅产业和企业已经意识到了自主创新的重要性;行业协会则提出了未来发展的关键技术预测和产业技术路线图,并明确了攻克重大技术专项的时间表;针对战略性和前瞻性重大技术课题的“联合舰队”也正在酝酿中。
 
  而政府要做的 ,就是为这样的一个团队营造良好的市场环境。一是要转变创新推进方式,从政府主导创新转向市场引导和政府支持相结合,提高政策的综合性与协调性;二是要进一步完善有利于创新的机制体制,有效发挥市场机制配置资源的 决定性作用,通过普惠性政策调动企业和社会的创新积极性;三是要加大知识产权保护力度,让创新者劳有所获、劳有所得。

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