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有机硅单体及其应用

主要有机硅产品及应用目前有机硅产品繁多,品种牌号多达万种,常用的就有4000余种,大致可分为原料、中间体、产品及制品三大类:★有机硅单体:主要指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物的单体,如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。

★有机硅中间体:主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物,如六甲基二硅氧烷(MM)、八甲基环四硅氧烷(D4)、二甲基环硅氧烷混合物(DMC)等。

★有机硅产品及制品:由中间体通过聚合反应,并添加各类无机填料或改性助剂制得有机硅产品。

主要有硅橡胶(高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶)、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。

硅橡胶再通过模压、挤出等硫化成型工艺,制得导电按键、密封圈、泳帽等最终直接用品。

一、有机硅单体尽管有机硅品种繁多,但其起始生产原料仅限于为数不多的几种有机硅单体,其中占绝对量的是二甲基二氯硅烷,其次有苯基氯硅烷,前者用量占整个单体总量的90%以上。

此外,三甲基氯硅烷、乙基及丙基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等等,也是生产某些品种不可或缺的原料。

有机氯硅烷(甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷)是整个有机硅工业的基础,而甲基氯硅烷则是有机硅工业的支柱。

大部分有机硅聚合物是通过二甲基二氯硅烷为原料制得的聚二甲基硅氧烷为基础聚合物,再引入其他基团如苯基、乙烯基、氯苯基、氟烷基等,以适应特殊需要。

甲基氯硅烷生产流程长、技术难度大,属技术密集、资本密集型产业,所以国外各大公司都是基础厂规模化集中建设,而后加工产品则按用途、市场情况分散布点。

二、有机硅中间体有机硅单体通过水解(或醇解)以及裂解制得各种不同的有机硅中间体,有机硅中间体是合成硅橡胶、硅油、硅树脂的直接原料,包括六甲基二硅氧烷(MM)、六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、二甲基环硅氧烷混合物(DMC)等线状或环状硅氧烷系列低聚物。

三、硅橡胶硅橡胶是有机硅聚合物中的重要产品之一,在所有橡胶中,硅橡胶具有最广的工作温度范围(–100~350℃),耐高低温性能优异。

硅橡胶按其硫化机理可分为有机过氧化物引发自由基交联型(热硫化型)、缩聚反应型(室温硫化型)和加成反应型三大类。

有机硅国际市场现状与发展趋势2010-9-13摘要:介绍世界有机硅单体的生产和消费情况,分析了美国、西欧、日本市场,并对未来国际市场需求进行了预测。

关键词:硅树脂,硅烷,硅橡胶,硅油,国际市场,美国,日本,西欧,市场需求分析有机硅作为一种新型的高科技材料,从20世纪40年代初工业化生产以来,被广泛应用于电子、电器、航空、航天、建筑、纺织、医药、日化等领域,成为国民经济发展和人民生活水平提高不可或缺的新材料[1]。

制备有机硅产品需用众多的有机硅单体,其中甲基氯硅烷单体的用量占90%以上,另外还有苯基氯硅烷单体、乙烯基氯硅烷单体等,有机氯硅烷单体是整个有机硅化学的支柱,其中绝大部分有机硅材料都含有由二甲基二氯硅烷所制得的聚硅氧烷,如果引入其他基团、如苯基、乙烯基、氯苯基以及氟烷基等,可衍生出一系列性能各异的有机硅聚合物。

有机硅产业链为:硅矿、金属硅、有机硅单体、中间体、聚有机硅氧烷、有机硅制品等。

甲基氯硅烷单体经过水解合成,形成以DMC或D4为主的环状中间体,DMC或D4开环聚合,生成不同聚合度的聚有机硅氧烷;聚有机硅氧烷与补强剂、填料、胶粘剂、催化剂等混配,便可以制备有机硅产品。

有机硅产品种类繁多,按其基本形态分为四大类,即硅油、硅橡胶、硅树脂和硅烷(包括硅烷偶联剂和硅烷化试剂)。

1 国际市场总览截止到2009年底,全球有机硅单体生产能力已达到380万t/a(以二甲基二氯硅烷计,以下同),有机硅市场价值总计在130亿美元。

由于有机硅单体生产以及后加工均为技术密集型,因此长期以来有机硅为相对垄断性行业。

目前,主要生产企业有美国道康宁公司、美国迈图公司、德国瓦克公司、中国蓝星集团和日本信越公司,该五大公司产能合计占全球总产能的64%,营业收入合计达109亿美元,占全球有机硅市场价值(130亿美元)的83.8%。

表1列出世界主要有机硅生产厂家的生产能力。

2005年全球有机硅单体产量达到220万t,近年来一直保持健康的发展态势,2009年超过了270万t,2005-2009年年均增长率为4.9%。

随着经济的发展和有机硅产品应用领域的不断扩大,全球有机硅工业一直以高于全球经济增长速度发展。

2000年全球有机硅产品的消费量(按有机硅单体计算)约150万t,2009年有机硅单体消费量达到282.8万t,年均消费量增速达到7.3%。

美国硅氧烷的消费以高于GDP发展速度方式增长,2009年美国硅氧烷的消费量约为30万t,尽管欧洲经济的总体发展状况不十分尽如人意,但其有机硅产品的消费却快速发展。

2009年消费聚硅氧烷达到38.4万t。

日本的经济低靡徘徊,呈负增长态势,但其有机硅产品的消费也一直在增长,2009年有机硅单体的消费量为9.3万t。

亚太地区(不包括中国和日本)的经济发展比较快,成为全球经济发展的重点,而且随着欧美国家部分高科技产业,如汽车、电子等向该地区的转移,使得该地区有机硅产品的消费量大增,其消费增长速度远远高于欧美,2009年硅氧烷消费量达到14.7万t,成为拉动全球有机硅产业继续快速发展的动力。

由于快速增长和出口型经济,中南美洲,非洲和中东地区消费增长速度达到4%以上。

2009年世界有机硅的供需情况(按地域统计)如表2[2]。

2 美国2000-2007,美国有机硅年均消费增长率为1.5%;受美国金融危机的影响,2008和2009年消费量下将,2009美国有机硅市场交易额达到23.8亿美元,其中,硅橡胶、硅油和有机硅烷消费分别为10.2亿美元、9.3亿美元和3.3亿美元。

预计2009-2015年增长有望保持约3.5%。

2.1 硅油美国硅油的应用领域主要在保健及化妆品、洗涤用品、纺织、纸张涂层、抛光剂、制药和各种加工助剂等方面。

2000-2007年的年均增长率为1.5%。

受美国金融危机的影响,2008和2009年消费量下降,2009年美国国内硅油消费量约12.6万t(金额约9.3亿美元),具体情况见表3。

预计2010-2015年,其年均需求量增长率约为3.0%。

2.2 硅橡胶在硅橡胶类产品中,室温硫化硅橡胶消费增长很快,主要用在建筑业;高温胶则主要用在汽车、电子、电气、医疗保健等方面。

2009年美国硅橡胶的消费量约为12.9万t,价值10.2亿美元,按类型统计消费情况如表4。

2009年美国室温硅橡胶在建筑工业、日常消费和工业应用、电子电器和交通消费比例分别为80%,14%,4%和2%,而HCR(高温胶)和LSR(液体硅橡胶)在建筑工业、日常消费和工业应用、保健、电子电器和交通消费比例分别为6%,9%,19%、21%和45%。

由于2006-2009年建筑业的萎缩,以及汽车制造业的下滑,2006-2009年年均下滑了6.1%,2010年开始增长,有望达到3%-5%或者更高。

随着新市场的开发,尤其在消费品方面,替代热化硅橡胶应用领域,液态硅橡胶有望高于此平均增长速度。

2.3 硅树脂近年来美国有机硅树脂消费情况如表5所述。

美国有机硅树脂用作精细涂料配方组分,石材防水涂料和高性能涂料(单组份或者聚酯和醇酸树脂的改性组分)为其两大应用市场,2009-2015有望保持2%-4%的增长。

3 西欧近年来,西欧有机硅业务重组力度较大,有机硅产业持续保持高于GDP增长的速度,主要归因于新产品不断被开发,并应用到新的领域,如汽车、电子、建筑、纺织、个人护理和医疗等。

有机硅产能由2005年的34.5万t/a增长到2009年的61万t/a。

2009年西欧有机硅产量(以100%的硅氧烷计)约为52.1万t。

2009年第一季度,有机硅业务同比2008年下降了20%-25%,尤其在汽车、建筑、电子电器和纺织工业,有机硅生产商在各工厂降低开工率并签订短期工作合同。

2009年二季度,由于受建筑行业季节回暖的影响,有机硅业务有所回升,但同比2008年仍然下降20%左右。

2009年下半年销售量有所回升,尤其汽车和电子行业,尽管同比2008年下跌了5%。

2009年,西欧硅氧烷消费量为34.3万t,市值约35亿美元。

经历了2008年和2009年的经济下滑,目前经济趋于平稳,受政府基础设施和翻修计划的影响,预计2010年将有适度反弹。

近年西欧有机硅消费情况如表6。

未来,医药用硅橡胶、个人护理用硅油(防汗剂、除臭剂和洗发水)和液体硅橡胶将保持较高的市场增长;此外,电子器件封装用的紫外活性硅橡胶和各种基材能粘结的自粘硅橡胶以及自润滑硅橡胶产品取得较好的技术进展。

预计2015年,西欧硅氧烷消费量可达近40万t。

3.1 硅油2009年西欧硅油总消费量估计在16.5万t。

各用途消费量增长速度有所差别。

2009年西欧有机硅消费情况如表7。

2009-2015年将保持3%的速度增长,预计2015年硅油的消费需求量将达到20万t左右。

3.2 硅橡胶西欧硅橡胶分领域消费量统计数据列于表8。

2009年西欧硅橡胶的消费量约为15.7万t,占通用密封胶的55%。

根据硅橡胶类型分,单组分室温胶、高温胶和液态硅橡胶以及双组分室温胶的消费量分别为8.7万t、4.4万t、1.7万t和0.9万t。

2009-2010年,西欧硅橡胶消费将以年均2.0%的速度增长,2015年需求量将达到17.85万t。

3.3 硅树脂硅树脂以100%的纯树脂、溶剂或者溶剂自由组分、乳液和粉末的形式进行销售。

硅树脂主要用作憎水涂料、电子电器领域和涂料与颜料。

西欧硅树脂的消费量从2005年的2.1万t,增长到2008年的2.5万t,然后又下降到2009年的2.1万t。

2009-2015年年均增长率将保持在2%-3%,2015年硅树脂消费量将达到2.47万t左右。

4 日本日本有三家有机硅单体生产企业——信越,迈图(前GEToshiba)和道康宁东丽。

2009年,日本有机硅氧烷的产能约为15.5万t/a。

成品的产能根据产品的混合差异很大,估计在35万-36万t/a。

除了上述的有机硅生产企业,Chisso公司生产硅烷偶联剂,产能约为1000t/a。

Daiso公司生产用于节能轮胎的聚合硫化物改性的硅烷偶联剂,产能约为4000t/a。

2009年,按成品计算,有机硅产品产量为23.4万t,硅油、硅橡胶、硅树脂和其他产品的比例分别为32%,44%、10%和14%。

硅油的产量有所增长,而硅橡胶的产量有所降低。

按硅氧烷的统计,有机硅产品产量为14.9万t。

2009年日本有机硅消费市值约20亿美元。

根据不同的应用领域,有机硅产品价格差异较大,消费量较大的有机硅密封胶和硅橡胶以及纺织工业用的有机硅乳液价格较低,主要出口到中国。

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