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加大研发投入 抢占高端市场——硅胶产业未来发展战略解析

[ 2006-03-06 ] 来源于: 中国化工信息网

    近年来硅胶的生产呈现出快速发展态势,专业化分工趋于细化,技术进步促使应用领域不断拓展,北美、欧盟、我国、日韩和东南亚地区是主要的技术研发和市场所在地,产能集中,特点明显。

    我国仍以低端产品为主

    2005年我国硅胶产量为25万t,其中基础硅胶23万t,占总量的92%;微粉硅胶和功能化硅胶产量约2万t,仅占8%;出口约12万t;年销售额12.5亿元,约占全球总销售额的1/6。目前我国有硅胶生产企业25家,行业集中度约60%(我国万吨级以上硅胶企业情况见表1)。青岛海洋化工有限公司是最大的硅胶生产企业,2005年产量为4.2万t,其中基础硅胶3.78万t,微粉硅胶和功能化硅胶0.42万t。外资企业对我国考察长达10年之久,但目前尚未在国内建立硅胶生产企业。

    目前全球硅胶产能已达40万t/a,年销售额约8亿美元,生产企业有60多家,主要包括美国格雷斯公司、SCM公司、PQ公司,德国E默克公司,英国英力士克劳斯菲尔德公司,日本水泽化学株式会社、富士Silysia化学有限公司、丰田化工株式会社、东海化学工业株式会社,韩国吉东化学有限公司、新星硅酸盐有限公司等。

    欧美企业有近一半属于跨国公司,他们按照地域、人口、资源、产业分布、发展趋势和市场需求,把全球划分为若干个区域市场,在50多个主要国家或中心城市设立研发中心、分部、生产工厂或代表处,其产品和服务通过它们向周边国家、地区和城市扩展。日韩企业步欧美企业后尘,也已扩张到东南亚地区。我国企业的产品已经出口到世界上30个国家和地区,拓展了产品的海外市场,提高了产品市场覆盖率,但目前尚未在海外注资设立机构,而且,非品牌产品出口占50%以上,不利于今后竞争力的提高;基础硅胶出口占90%以上,对国外市场的影响力小。欧美、日韩企业品牌意识很强,竞争重点着眼于高端产品,微粉硅胶、功能化硅胶是他们之间的竞争焦点,而基础硅胶的竞争焦点在我国。

    专业化分工趋势明显

    近年来,硅胶技术呈现出明显的专业化分工发展趋势,以0.5~0.8mm粒子径为主的基础硅胶在我国发展迅猛,以1~15μm粒子径为主的微粉硅胶在欧美和日韩获得长足进步。基础硅胶和微粉硅胶在形态和性能上的差异,成为多样化应用发展的直接动力。虽然我国企业积极开展技术研发,但研发投入均低于销售额的3%,而以美国为代表的发达国家一般达到5%以上,甚至更高,如果换算成绝对值,差距十分明显。

    ●基础硅胶  基础硅胶除了传统的干燥剂应用之外,在石油化工等重点领域也有良好的表现,还拓展到了一些新兴领域,所以目前基础硅胶的技术研发是我国企业的重点,技术水平与国外公司相比毫不逊色。近年来基础硅胶出口量持续增加,外商购入我国基础硅胶,一部分直接应用,一部分加工成微粉硅胶。出口增长使国外公司对我国基础硅胶的依赖性增强,进一步提高了专业化分工的程度。

    ●微粉硅胶  受资源、环境和国家政策等的影响,近年来欧美、日韩企业把发展的重点由基础硅胶转向微粉硅胶,一是微粉硅胶资源消耗少,对环境影响小;二是附加值高;三是技术先进,易于保密,占领高端,有助于提高企业核心竞争力。这些国家的企业在技术上处于世界领先水平,专业优势十分明显。对于微粉硅胶生产,我国企业也做出了努力,但无论资金投入还是技术水平与欧美、日韩等国家都有较大差距。

    格雷斯公司是全球第一家生产硅胶的公司,至2005年,雇员超过6000人,分布在40多个国家和地区。2004年在庆祝公司成立150周年之后不久,先后成功收购德国Analytik公司和美国Alltech公司,2005年对印度Flexit公司也有所动作。其中Alltech公司在美国、英国和比利时设有研发实验室。这几次成功运作进一步巩固了其在微粉硅胶领域的领先地位。

    ●功能化硅胶  将硅胶产品赋予特定的功能,量体裁衣,为客户订制所需的产品,是近年来功能化硅胶的发展方向。具有吸水功能的硅胶薄膜,具有变压吸附功能的变压吸附专用硅胶,具有遇液不裂功能的耐水硅胶和硅铝胶,具有澄清功能的啤酒硅胶,还有载体硅胶、精制硅胶、消光硅胶、防结硅胶、磨料硅胶、涂层硅胶等,这些功能化硅胶是新技术的体现,它们特点突出,性能优异,应用范围确定,为采购方节约了费用,提高了工作效率,因此受到普遍欢迎。表2列举了国外功能化硅胶的主要技术指标。

    应用领域广泛

    现在,硅胶的应用技术已经渗透到各行各业,有些业已成熟,有些正在深入,其中工业领域的应用最为广泛,农业、第三产业和信息产业的应用近年来发展也非常迅速。

    ●工业应用  硅胶起初主要应用于军事工业,第二次世界大战之后,应用范围逐步扩大。硅胶用作干燥剂在国内外已经非常普遍,随着专业化分工进程的加快,在石油化工、医药、食品、生物化学、环保、涂料、轻纺、造纸、油墨、塑料等工业领域应用的质量和水平迈上了新的台阶。

    在石油化工方面,以格雷斯公司的产品为例,G03由于装床压降小,气固相接触性能好,分离快速完全,可以专门应用于天然气干燥、再循环氮干燥、烷基化进料干燥以及从天然气中分离轻烃。G40广泛应用于压缩空气系统,如仪表气源系统、气体的汽油吸附系统和贮罐呼吸系统。G41是一种用于各类气体循环干燥操作的高效干燥剂,通过对该产品的粒度和粒度分布的控制,可以使其压降和快速吸附率两参数做到最佳配合,特别用于烃加工工业中短周期分离操作工艺。G62和G81是经专门处理的硅胶,主要用于较大分子石油产品的分离等。G407和F408是专门为液烃类干燥吸附而开发的硅胶。

    用于食品、医药和生物化学的硅胶主要是微粉硅胶,在国外已具有较大的生产规模。代表性产品有用于食用油精制的Trisyl产品,用于酿造澄清的Daraclar产品以及SCM公司的Silcron产品和格雷斯公司的Syloid、Sylox产品等(表3列举了Silcron和Syloid的成分指标,供参考)。这类产品采用的生产方法是将成胶后的凝胶进行洗涤、干燥,再进行微粉化处理,产品呈无定形态,粒度为2~9μm,比表面270~700m2/g,在食品、医药等的添加量一般为0.25%~2%,安全性好,符合美国食品药品管理局(FDA)的规定标准。

    美国PQ公司生产的Britesorb产品(A100,D300)用作啤酒稳定剂,在选择性滤除啤酒蛋白方面优于传统的稳定剂酶和鞣酸,在保证不损失啤酒泡沫和口感的情况下,质量稳定期达到6个月以上,用于处理啤酒冷混浊也十分有效。硅胶作为啤酒稳定剂,已经占其各类稳定剂用量的1/3以上。我国啤酒硅胶年产量约1100t,已经用于全国各主要啤酒生产厂,部分替代进口。青岛海洋化工有限公司的啤酒硅胶产品和技术已日益成熟,应用范围较广,2005年其啤酒硅胶产量为360t,主要用于青岛啤酒集团所属企业。

    在涂料工业中,硅胶是最重要的无机消光剂。国内硅胶消光剂的产量已有1000t。消光机理是硅胶微粒在涂层中呈不规则排列状态,光线穿过涂层受到这些不规则颗粒的阻隔,形成光线散射。需要注意的是硅胶必须与涂料有极好的配伍性,通常用高分子蜡等有机涂覆物进行表面处理,以使之容易分散,不影响涂料的固有性能,同时改进涂膜的抗划伤性能。尽管硅胶微粒径稍大一些,散射效果更好,但是粒径过大却会削弱涂料的抗磨擦性能,因此粒径一般在25μm以下。常用的微粉硅胶粒径在3~5μm,折光指数1.4~1.6。为了进一步提高硅胶的再分散性,天津大学用丙烯酸酯处理法开发了复合硅胶,欧洲专利也有报道用活性液体硅氧烷处理法制备复合硅胶,用于涂料的消光处理,可以大大提高涂层的物理性能和再分散性。国外消光剂硅胶的主要技术指标详见表4。

    硅胶以层析技术在中药化学中的应用越来越广泛。硅胶是常用的吸附剂,其吸附作用的强弱与硅醇基的含量有关,同时要注意活化温度不能过高。从20世纪70年代开始,逐渐采用硅胶表面键合技术,对硅胶微粒表面进行改性——硅烷化,使得硅胶表面带有不同的官能团成为功能化硅胶,以适应不同的分离需要。硅胶和硅基仍是目前应用最为广泛的液相层析柱填料。随着层析理论和电子学、光学、计算机等技术的应用,硅胶层析技术已日趋完善,这对于中药各类化学成分的分离鉴定工作起了重大的推动作用,有利于我国中药产业的技术创新和国际化,改进国际形象。层析硅胶属高附加值产品,目前我国年产量约1200t,其中出口量不足10%,但经济效益显著,宜继续拓展国外市场。

    ●农业应用  硅胶在农业上的应用也越来越广泛。用于土壤保湿,改善农作物生长环境,用于农用防护膜,提高防护膜的耐老化性,也用作农药载体。由于载持量的需要,一般使用孔容较大、粒子强度较高的硅胶。除此之外,硅胶也用作饲料添加剂,可以防粘、防霉,不影响饲料的风味和营养成分。

    ●第三产业应用  硅胶用于运输过程的干燥已经很普通。经营鲜花的公司用硅胶干燥鲜花,可以保色耐久,还可以根据场景造型,增添喜庆气氛,很受家庭主妇的欢迎。用硅胶做宠物垫料,具有吸水、吸味、无粘连、易于清理、视觉美观等诸多优点,在欧美和日本大行其道。此种用途的硅胶是国内硅胶出口量最大的品种,年出口量超过3万t。把硅胶制成鞋垫以除湿消臭,在日韩很有市场。日本工业技术院和芝浦工业大学研制成功具有吸水功能的硅胶薄膜,可以贴在室内或汽车的窗玻璃表面,湿度增大时,自然吸收水分,防止玻璃变得模糊朦胧。把硅胶添加到方便食品、粉末食品或动物食品中,就可以免受粘结的烦恼。

    ●信息产业应用  格雷斯公司以微粉硅胶为基体制成硅片抛光剂,可以满足半导体硅片抛光对柔软性的极高要求,效果很好。Sylojet产品与传统的喷墨系统共同使用,可提高打印分辨率,使全色打印图案更为逼真。在电讯行业,用含硅胶的干燥装置保护地下电缆,可有效防止接头漏电。荷兰卡贝尔公司用硅胶保护海底电缆。韩国新星硅酸盐有限公司把硅胶制成热敏纸、喷墨打印纸、光敏纸、静电记录纸的处理助剂产品。全球这方面的应用仅有几十吨,但技术领先、价格惊人,是我国企业技术进步的重要努力方向之一。

    缩小差距成未来要任

    近年来国内外硅胶的技术进展可以用“西方发达,东方崛起”来形容。专业化分工清晰,技术水平快速提高,应用领域向广度和深度扩展,产能扩大,竞争加剧。我国的基础硅胶近年来发展十分迅猛,规模总量已经占到全球的1/2,成为一大亮点,引起欧美、日韩企业的高度关注,是繁荣全球硅胶发展的一支重要力量。硅胶生产专业化、精细化程度很高,尤其是那些高技术、高附加值专用产品的生产大多被国外公司所垄断。国内企业只有依靠自身优势,加大研发投入,只有拥有核心技术,才能抢占高端市场,缩小差距。

    根据硅胶技术进展和市场需求,硅胶产业的发展走势预测为:①硅胶作为催化剂、消光剂、触变剂、流变剂应用于石化、涂料、造纸和塑料产业将进展迅速,通过表面改性,层析技术开发将会更加广泛深入;②微粉硅胶、功能化硅胶的增长速度将高于基础硅胶的增长速度;③硅胶的研发水平将进一步提高,硅胶在生命科学、电子信息等领域的应用会有较大进展;④“十一五”期间,我国企业的基础硅胶在产能规模中所占比重将下降20%以上,代之以微粉硅胶和功能化硅胶等高技术、高附加值的产品,初步拥有核心技术;⑤随着技术进步和竞争的日益激烈,竞争格局将发生变化,并购重组会在局部发生,但不会影响硅胶技术发展的总体进程。

     表1  我国万吨级以上硅胶企业情况

    万t/a

企业名称

产能

备注

青岛海洋化工有限公司

4.2

 

青岛美高集团

3.0

前身青岛美晶化工有限公司

青岛琪丰化工有限公司

1.5

 

招远汇源硅胶有限公司

1.5

 

乳山市大洋硅胶厂

1.0

原名青岛海洋化工厂乳山联合干燥剂厂

 

 

 

2  国外功能化硅胶的主要技术指标

指标名称

指标

单位

孔容

1.15

ml/g

吸附量

2.0

RH=20%

 

3.0

RH=40%

 

5.0

RH=60%

 

8.0

RH=80%

 

93.5

RH=100%

比表面

340

m2/g

堆积密度

400

g/l

粒度

3~8

烘干失重(950℃)

3.5

%

3  Silcron和Syloid牌号微粉硅胶成分指标  %

成分

Silcron

Syloid

SiO2

99.5

99.6

Al2O3

0.06

0.06

TiO2

0.03

0.03

CaO

0.08

0.08

Na2O

0.06

0.10

MgO

0.05

0.05

重金属/10-6

<30

<30

/10-6

<3

<3

/10-6

<10

<10

 

   

      表4  国外消光剂硅胶的主要技术指标  

指标名称

HP210

HP220

HP240

HP270

孔容/ml·g-1

1.8

1.8

1.8

1.8

平均粒径/μm

4.0

5.0

3.5

5.1

pH

3.5

3.5

7.0

3.5

水分/%

2.0

2.0

2.0

2.0

吸油值/g·(100g)-1

250

250

250

280

表面处理

有机处理

有机处理

有机处理

未处理

 

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