硅烷偶聯(lián)劑行業(yè)的“綠色革命”

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硅烷偶聯(lián)劑行業(yè)的“綠色革命”
--探討建立硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展新模式的必要性和可行性
硅烷偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)中同時包含可水解基團與有機官能團，在工業(yè)應(yīng)用中，可水解基團水解后可與玻璃、硅砂、金屬等無機材料結(jié)合，有機官能團則可與有機材料結(jié)合，從而使兩類物質(zhì)偶聯(lián)在一起。通過給硅原子連接不同的兩類基團，可得到各種各樣的產(chǎn)品，由于每類產(chǎn)品性能都有區(qū)別，其適用領(lǐng)域也因此極大擴展，最終推動了硅烷偶聯(lián)劑家族不斷發(fā)展壯大，并形成了大的產(chǎn)業(yè)體系。
傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián)劑廠商采用間接法生產(chǎn)，該路線先用工業(yè)硅與氯化氫合成氯硅烷，進而發(fā)展帶有各種官能團的硅烷偶聯(lián)劑系列產(chǎn)品，因合成路線須引入氯，故存在較為突出的污染和設(shè)備腐蝕問題，生產(chǎn)流程長，成本也相對高。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多樣性決定了合成方法和商品體系的差異性，而間接法工藝路線的發(fā)展則影響了現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的形成。由于間接法工藝中間產(chǎn)品不易儲存運輸、且(歷史上)用途單一，企業(yè)裝置是封閉鏈條，中間少有商品產(chǎn)出，也很少引入外購的硅烷中間原料，企業(yè)間裝置大小、技術(shù)水平、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量均很難具備可比性，產(chǎn)品體系也多屬封閉發(fā)展，方法有區(qū)別、牌號也各不相同。長期以來，既沒有發(fā)展出規(guī)模化的中間原料流通市場，也缺少統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及商品體系，形成了一種建立在公司、品牌基礎(chǔ)之上、沒有縱向的階段性分工、追求“小而全”、“大而全”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。在當(dāng)前市場發(fā)展水平迅速提高、環(huán)保政策日益收緊的情況下，這種模式已經(jīng)表現(xiàn)出不適應(yīng)。
首先，間接法工藝本身存在污染和設(shè)備腐蝕等技術(shù)性問題，而這種小而全的模式下行業(yè)沒有縱向的企業(yè)分工，裝置量多而小，成本、污染等技術(shù)問題很難通過規(guī)模化、集約化的方式解決，即便少數(shù)規(guī)模稍大的企業(yè)問題要小一些，但行業(yè)總體的固定投入、污染排放及生產(chǎn)成本很難降下來，反過來還會制約行業(yè)的技術(shù)進步和規(guī)模擴張；
其次，當(dāng)前的硅烷偶聯(lián)劑市場建立在主要公司多年來獨立發(fā)展的產(chǎn)品體系基礎(chǔ)之上，這也是目前市場缺少統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系及商品體系的主要原因，是行業(yè)發(fā)展模式下的必然產(chǎn)物。在市場發(fā)展水平已跨上新的臺階，正在被市場廣泛接受的條件下，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和商品體系不利于產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展；
再次，現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式在企業(yè)層面表現(xiàn)為獨立發(fā)展、過于追求上下游鏈條的完整，硅烷中間原料很難在行業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生市場，但如果其他行業(yè)產(chǎn)生外源性的市場，原有的平衡將被打破，行業(yè)發(fā)展也會受到?jīng)_擊。近年來，西門子法多晶硅出現(xiàn)了井噴式發(fā)展，其對三氯氫硅的需求導(dǎo)致原本很少作為商品出售的三氯氫硅市場被廣泛交易，市場規(guī)模不斷擴大，價格節(jié)節(jié)攀升，不但導(dǎo)致間接法硅烷偶聯(lián)劑企業(yè)隱性成本升高，減少了中間原料供應(yīng)，對行業(yè)現(xiàn)有發(fā)展模式也產(chǎn)生了很大沖擊。
在這種情況下，由武大有機硅、邁圖公司等倡導(dǎo)的以直接法生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)的硅烷偶聯(lián)劑綠色發(fā)展新模式日趨成型，并受到了廣泛關(guān)注。
現(xiàn)有直接法工藝路線以硅粉、醇為原料，直接合成硅烷偶聯(lián)劑基礎(chǔ)原料烷氧基硅烷，再用三烷氧基硅烷合成三烷氧基硅烷偶聯(lián)劑，其技術(shù)路線較間接法路線具有明顯的優(yōu)勢：①縮短合成步驟，減少設(shè)備投入，大幅降低原料和生產(chǎn)成本；②沒有氯化氫的介入和放出，避免環(huán)境污染，減少設(shè)備腐蝕；③金屬硅轉(zhuǎn)化率提高、醇循環(huán)利用，有效提高資源利用率；④降低雜質(zhì)含量（如有機雜質(zhì)、金屬雜質(zhì)、氯等），產(chǎn)品質(zhì)量提高。
該法生產(chǎn)成本較間接法大幅降低，技術(shù)上已經(jīng)成熟，具備將烷氧基硅烷—這一硅烷偶聯(lián)劑原料進行低成本、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的條件，如烷氧基硅烷能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)并在市場上充分流通，硅烷偶聯(lián)劑行業(yè)結(jié)構(gòu)將重新劃分，并建立起以規(guī)?；?、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化為特征，鼓勵差異化、國際化的綠色發(fā)展新模式，目前行業(yè)所面臨的問題也將迎刃而解。
首先，直接法技術(shù)路線本身已經(jīng)解決了污染問題，而規(guī)?；脑仙a(chǎn)將大幅降低行業(yè)的整體成本，為制品市場的跨越式發(fā)展提供資源和成本保障；
第二，原料的規(guī)?；a(chǎn)將促成國內(nèi)外統(tǒng)一、容量巨大的原料流通市場，有助于行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈條上重新進行縱向分工，使原本“小而全”的企業(yè)得以專注于在某個環(huán)節(jié)、某個領(lǐng)域，避免了統(tǒng)一市場層面上同質(zhì)化、低層次的競爭，有利于企業(yè)進行差異化、國際化發(fā)展，還能推動應(yīng)用市場的繁榮。
第三，高度集約化的原料生產(chǎn)和差異化發(fā)展的制品行業(yè)，將為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和商品體系提供發(fā)展基礎(chǔ)，有利于行業(yè)的長期發(fā)展；
第四，烷基硅氧烷具備充分發(fā)展、流通的條件，市場容量可發(fā)展到足夠大，市場形成后，行業(yè)對外源性沖擊（如目前多晶硅市場異動對間接法企業(yè)造成的沖擊）將有較強的抵抗能力，利于偶聯(lián)劑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
第五，直接法生產(chǎn)的烷氧基硅烷不僅是硅烷偶聯(lián)劑的基礎(chǔ)原料，附產(chǎn)的四烷氧基硅烷及其它中間體也是其它行業(yè)的原料：既可直接作為工業(yè)原料用于涂料、硅橡膠、陶瓷、材料保護等領(lǐng)域，也可用來合成超純超細二氧化硅、高純石英材料、硅樹脂、硅溶膠、改性倍半硅氧烷、MQ樹脂、多晶硅、功能有機硅材料等，形成新的產(chǎn)業(yè)體系。這樣可更加促進各行業(yè)的和諧協(xié)調(diào)發(fā)展。
第六，三烷氧基硅烷流通市場的建立，能夠直接推動與甲基單體生產(chǎn)體系相結(jié)合的二烷氧基硅烷綠色體系的發(fā)展；
此外，間接法企業(yè)采用新模式發(fā)展硅烷偶聯(lián)劑業(yè)務(wù)，既不用增加投入，原有三氯氫硅裝置還可轉(zhuǎn)為多晶硅企業(yè)提供原料，綜合收益將顯著提高。這也避免了原料矛盾危害到兩大行業(yè)的和諧發(fā)展。
近年來，對直接法合成路線的深入研究為我們揭示了更加光明的前景。例如，直接利用高含量硅礦石（SiO2）或其它高含硅礦物質(zhì)為原料，直接合成烷氧基硅烷的前沿技術(shù)已經(jīng)取得許多進展，該技術(shù)原料來源豐富、成本低廉，可節(jié)約大量的木炭和電力資源（省去了工業(yè)硅環(huán)節(jié)），如能實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和推廣，硅烷偶聯(lián)劑行業(yè)的整體成本將在現(xiàn)有直接法基礎(chǔ)上繼續(xù)大幅下降，制約行業(yè)發(fā)展的原料瓶頸也將徹底打破。進一步講，在極低成本上發(fā)展規(guī)?；耐榛柩跬楣I(yè)，在技術(shù)進步的前提下，甚至可以為偶聯(lián)劑之外的更多有機硅產(chǎn)品提供大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)。