目前气凝胶正处在以我国企业为主导的第四次产业化浪潮中,在下游需求的驱动下,国内企业加速扩产,共同推进气凝胶成本的降低和产业规模的扩大。据国海证券统计,截至2023年3月,我国气凝胶材料产能为27.36万方/年,拟建产能达123.85万方/年。正硅酸乙酯是气凝胶上游的主要前驱体,当前,国内产能仅约5.15万吨,不足以支撑当前气凝胶扩张的规划,2022年价格大幅上涨。因此,具备上游正硅酸乙酯,或正硅酸乙酯上游四氯化硅、三氯氢硅产能的一体化企业将在竞争中更具优势。同时,若硅烷企业能够实现氯化氢及乙醇双循环,气凝胶原材料成本可近似压缩为硅粉成本,进一步实现成本的大幅度降低。
气凝胶材料种类多样,SiO2气凝胶研发、生产、应用最为成熟。从硅基气凝胶产业链来看,硅源材料主要分为无机硅源和有机硅源。
上游原材料
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中游产品
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下游应用
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水玻璃
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气凝胶粉体
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航空军工
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四氯化硅
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气凝胶毡
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石油化工
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硅酸酯
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气凝胶隔热垫
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热力网管
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硅氧烷
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气凝胶纺织品
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建筑节能
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其他功能性硅烷
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气凝胶板材
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深冷低温绝热
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醇、酸、氨水等
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气凝胶涂料
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电池隔热
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玻纤等复合基底
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其他复合制品
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防寒服装等
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SiO2气凝胶产业链
无机硅源主要为水玻璃,其材料本身成本低且原料来源广泛,但是产品杂质含量高,后续需要较多的处理步骤,综合成本不低。有机硅源主要包括正硅酸甲酯和正硅酸乙酯,二者生产的产品性能更加优越,但是正硅酸甲酯水解生成甲醇对人体危害较大,因此,正硅酸乙酯是较为常用的有机硅源。
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水玻璃法合成需使用六甲基二硅氧烷,其极易燃烧,遇湿易分解放热
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设备复杂,需要进行水洗和结晶及水处理过程,需进行溶剂置换或进行大量的疏水改性剂活化处理,改性剂需回收再利用处理
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工艺较为简单,但设备对防火和防爆要求较高,直接在硅源阶段进行疏水改性
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不同前驱体优缺点比较
截至2023年3月,我国正硅酸乙酯产能约为5.15万吨/年,产能主要集中在晨光新材、江瀚新材、张家港新亚化工及几家规模较大的功能性硅烷企业中。目前,正硅酸乙酯是气凝胶的主要硅源,根据纳诺科技环评,1立方米气凝胶约消耗0.307吨正硅酸乙酯,5.15万吨正硅酸乙酯仅够支持16.8万立方气凝胶材料生产,即使加上8万吨拟建产能,也仅够支撑 42.8万立方气凝胶材料,小于当前气凝胶规划产能。所以能够实现四氯化硅循环利用的企业更具优势以及若硅烷企业能同时实现乙醇及氯化氢双循环,气凝胶原材料成本可近似压缩为硅粉成本, 实现大幅度降低。
正硅酸乙酯工艺流程
乙醇和氯化氢双循环示意图
生产正硅酸乙酯的主要企业如下:
四川银邦新材料有限公司成立于2009年,注册资本为3485.71万人民币,专业从事高纯烷氧基硅烷、气凝胶研制、开发、生产的国家高新技术企业、战略性新兴产业企业、军民融合企业,公司拥有国内最先进的烷氧基硅烷制备技术公司生产的高纯烷氧基硅烷性能卓越,是生产气凝胶、精密原器件、特种重防腐涂料、高端树脂必须使用的基础材料,广泛应用于航空航天、舰船、导弹、火箭、兵器装备制造等诸多领域,民用领域广泛用于电子电器、汽车、桥梁、道路、码头、机电设备、仪表、光学仪器、陶瓷等领域,公司产品远销美国、巴西、以色列、德国、韩国等国家。基于银邦已掌握一流的烷氧基硅烷生产工艺技术,产品品质已达到国际先进水平。尤其在气凝胶领域,公司产品一直配套供应中国航天集团。
湖北江瀚新材料股份有限公司由荆州市江汉精细化工有限公司于2020年12月22日更名而来,是硅烷偶联剂龙头企业,依托上游正硅酸乙酯雄厚产能向下游气凝胶延伸。公司是硅烷偶联剂龙头企业,2016-2021年,蝉联国内市占率第一及全球第三宝座。公司当前拥有硅烷产能9.2万吨,包含正硅酸乙酯产能1.15万吨。公司在过去20多年的发展中,一直围绕国家新材料产业方针和国家高新技术发展战略需求,在硅烷偶联剂、硅烷交联剂、硅烷衍生物、特种硅油、硅树脂、硅烷应用等各个关键技术领域进行了大量的研究与开发工作,已形成了一个完整的硅烷产业链,涵盖氨基硅烷、环氧硅烷、酰氧硅烷、含硫硅烷、乙烯基硅烷、苯基硅烷、硅烷交联剂及硅烷衍生物等12个系列,100多个品种。
官网:http://www.cgsilane.com/
江西晨光新材料股份有限公司成立于2006年,注册资本为24025.3万元,是一家布局功能性硅烷基础原料、中间体、下游产品研发,生产和销售的特种化学品公司。公司拥有三氯氢硅、正硅酸乙酯及气凝胶全产业链布局,且气凝胶拟建产能最高。另外公司当前拥有三氯氢硅产能6万吨/年,正硅酸乙酯产能1万吨/年,并向下游延伸至气凝胶,全产业链布局带来显著成本优势。
官网:https://www.xingfagroup.com/
湖北兴发化工集团股份有限公司成立于1994年,是一家以磷化工系列产品和精细化工产品的开发、生产和销售为主业的上市公司。2021年8月在投资者互动平台表示,公司与中科院武汉分院合作开展气凝胶产业化技术开发,已攻克以水玻璃为原料的低成本制备技术,正在开展中试放大工艺装备设计。
官网:https://www.hungpai.net/
江西宏柏新材料股份有限公司设立于2005年,注册资本为4.364亿元,公司主要从事功能性硅烷、纳米硅材料等硅基新材料的研发、生产与销售,产品广泛应用于汽车、橡胶制品、建筑、医药医疗等行业。公司是国内含硫硅烷龙头企业,积极推进气凝胶一体化布局。公司拟新建气凝胶产能1万方/年,其中一期0.3万方/年计划于2023年下半年投产,二期0.7万方/年计划于2024年底投产。并且公司拥有完整的“硅块-三氯氢硅-中间体-功能性硅烷-白炭黑”绿色循环产业链,成本优势显著。
官网:http://www.blueskychemical.com/
湖北新蓝天新材料股份有限公司创立于1999年7月,注册资本1亿元,是一家集功能性硅烷产品研发、生产、销售与进出口贸易相结合的国家高新技术企业。公司总投资10亿元,建有万吨级直接法三甲氢生产线,年产各种硅烷交联剂、偶联剂及其他硅烷、硅烷衍生物达10万多吨,是国内规模大、品种全、工艺先进,综合实力较强的有机硅龙头企业之一。
官网:https://cn.ecopowerchem.com/
广州艾科普新材料有限公司于2012年成立,注册资本为1,000万元。 是一家专业化生产(制造)、研发和销售合硫硅烷偶联剂及其他官能团硅烷偶联剂、沉淀法白炭黑、加氢石油树脂、松香树脂和氯磺化聚乙烯(CSM)的企业,工厂被政府评为"高新技术企业”。产品被广泛应用于橡胶鞋底,橡胶轮胎,涂料油漆,马路标线漆,硅酮密封剂,聚醚改性密封剂和热熔胶等行业。
https://www.zhsilicone.com/product.html
江苏众合硅基新材料有限公司成立于2020年,注册资本5000万,主营有机硅新材料系列产品的研发、生产、销售,系江苏冠联新材料科技股份有限公司控股子公司。
官网:https://www.soyjg.com/company/index/2051.html
山东硅科新材料有限公司于2013年成立,注册资本为5,943万元。主要从事功能性硅烷和聚硅氧烷研发、生产、销售,所属行业是国家鼓励类行业。公司目前功能性硅烷产品市场占有率居全国前列,品质达到国外同级产品水平。产品广泛应用于航天航空、电子材料、交通运输、装配式建筑、绝缘材料、高性能复合材料、美容医疗等行业。公司客户涵盖了瓦克、信越、佐敦、巴斯夫、PPG等众多世界500强企业。
http://www.huihuaindustry.com/products.php
上海汇化实业有限公司于2011年成立,注册资本为1500万元。公司经营六大类产品,约四十个品种,主要应用于聚氨酯树脂的合成,涉及聚氨酯合成革、聚氨酯弹性体、聚氨酯胶粘剂、水性聚氨酯树脂、聚氨酯涂料等多个化工领域。上海汇化实业有限公司与国际知名原材料供应商:瑞典柏斯托、日本东曹、日本三菱、巴斯夫、科思创、美国伊士曼等企业通力合作。
原文始发于微信公众号(艾邦气凝胶论坛):气凝胶的上游原料及主要企业概述