硅烷偶联剂行业的“绿色革命”

yanyun

硅烷偶联剂行业的“绿色革命”
--探讨建立硅烷偶联剂产业绿色发展新模式的必要性和可行性
硅烷偶联剂分子结构中同时包含可水解基团与有机官能团，在工业应用中，可水解基团水解后可与玻璃、硅砂、金属等无机材料结合，有机官能团则可与有机材料结合，从而使两类物质偶联在一起。通过给硅原子连接不同的两类基团，可得到各种各样的产品，由于每类产品性能都有区别，其适用领域也因此极大扩展，最终推动了硅烷偶联剂家族不断发展壮大，并形成了大的产业体系。
传统的硅烷偶联剂厂商采用间接法生产，该路线先用工业硅与氯化氢合成氯硅烷，进而发展带有各种官能团的硅烷偶联剂系列产品，因合成路线须引入氯，故存在较为突出的污染和设备腐蚀问题，生产流程长，成本也相对高。
产品结构的多样性决定了合成方法和商品体系的差异性，而间接法工艺路线的发展则影响了现有产业发展模式的形成。由于间接法工艺中间产品不易储存运输、且(历史上)用途单一，企业装置是封闭链条，中间少有商品产出，也很少引入外购的硅烷中间原料，企业间装置大小、技术水平、生产成本及产品质量均很难具备可比性，产品体系也多属封闭发展，方法有区别、牌号也各不相同。长期以来，既没有发展出规模化的中间原料流通市场，也缺少统一的行业标准及商品体系，形成了一种建立在公司、品牌基础之上、没有纵向的阶段性分工、追求“小而全”、“大而全”的产业发展模式。在当前市场发展水平迅速提高、环保政策日益收紧的情况下，这种模式已经表现出不适应。
首先，间接法工艺本身存在污染和设备腐蚀等技术性问题，而这种小而全的模式下行业没有纵向的企业分工，装置量多而小，成本、污染等技术问题很难通过规模化、集约化的方式解决，即便少数规模稍大的企业问题要小一些，但行业总体的固定投入、污染排放及生产成本很难降下来，反过来还会制约行业的技术进步和规模扩张；
其次，当前的硅烷偶联剂市场建立在主要公司多年来独立发展的产品体系基础之上，这也是目前市场缺少统一的行业标准体系及商品体系的主要原因，是行业发展模式下的必然产物。在市场发展水平已跨上新的台阶，正在被市场广泛接受的条件下，缺乏统一的标准和商品体系不利于产业的进一步发展；
再次，现有产业发展模式在企业层面表现为独立发展、过于追求上下游链条的完整，硅烷中间原料很难在行业内部产生市场，但如果其他行业产生外源性的市场，原有的平衡将被打破，行业发展也会受到冲击。近年来，西门子法多晶硅出现了井喷式发展，其对三氯氢硅的需求导致原本很少作为商品出售的三氯氢硅市场被广泛交易，市场规模不断扩大，价格节节攀升，不但导致间接法硅烷偶联剂企业隐性成本升高，减少了中间原料供应，对行业现有发展模式也产生了很大冲击。
在这种情况下，由武大有机硅、迈图公司等倡导的以直接法生产工艺为基础的硅烷偶联剂绿色发展新模式日趋成型，并受到了广泛关注。
现有直接法工艺路线以硅粉、醇为原料，直接合成硅烷偶联剂基础原料烷氧基硅烷，再用三烷氧基硅烷合成三烷氧基硅烷偶联剂，其技术路线较间接法路线具有明显的优势：①缩短合成步骤，减少设备投入，大幅降低原料和生产成本；②没有氯化氢的介入和放出，避免环境污染，减少设备腐蚀；③金属硅转化率提高、醇循环利用，有效提高资源利用率；④降低杂质含量（如有机杂质、金属杂质、氯等），产品质量提高。
该法生产成本较间接法大幅降低，技术上已经成熟，具备将烷氧基硅烷—这一硅烷偶联剂原料进行低成本、规模化、标准化生产的条件，如烷氧基硅烷能够实现规模化生产并在市场上充分流通，硅烷偶联剂行业结构将重新划分，并建立起以规模化、集约化、标准化为特征，鼓励差异化、国际化的绿色发展新模式，目前行业所面临的问题也将迎刃而解。
首先，直接法技术路线本身已经解决了污染问题，而规模化的原料生产将大幅降低行业的整体成本，为制品市场的跨越式发展提供资源和成本保障；
第二，原料的规模化生产将促成国内外统一、容量巨大的原料流通市场，有助于行业在产业链条上重新进行纵向分工，使原本“小而全”的企业得以专注于在某个环节、某个领域，避免了统一市场层面上同质化、低层次的竞争，有利于企业进行差异化、国际化发展，还能推动应用市场的繁荣。
第三，高度集约化的原料生产和差异化发展的制品行业，将为统一的标准和商品体系提供发展基础，有利于行业的长期发展；
第四，烷基硅氧烷具备充分发展、流通的条件，市场容量可发展到足够大，市场形成后，行业对外源性冲击（如目前多晶硅市场异动对间接法企业造成的冲击）将有较强的抵抗能力，利于偶联剂行业的稳定发展。
第五，直接法生产的烷氧基硅烷不仅是硅烷偶联剂的基础原料，附产的四烷氧基硅烷及其它中间体也是其它行业的原料：既可直接作为工业原料用于涂料、硅橡胶、陶瓷、材料保护等领域，也可用来合成超纯超细二氧化硅、高纯石英材料、硅树脂、硅溶胶、改性倍半硅氧烷、MQ树脂、多晶硅、功能有机硅材料等，形成新的产业体系。这样可更加促进各行业的和谐协调发展。
第六，三烷氧基硅烷流通市场的建立，能够直接推动与甲基单体生产体系相结合的二烷氧基硅烷绿色体系的发展；
此外，间接法企业采用新模式发展硅烷偶联剂业务，既不用增加投入，原有三氯氢硅装置还可转为多晶硅企业提供原料，综合收益将显著提高。这也避免了原料矛盾危害到两大行业的和谐发展。
近年来，对直接法合成路线的深入研究为我们揭示了更加光明的前景。例如，直接利用高含量硅矿石（SiO2）或其它高含硅矿物质为原料，直接合成烷氧基硅烷的前沿技术已经取得许多进展，该技术原料来源丰富、成本低廉，可节约大量的木炭和电力资源（省去了工业硅环节），如能实现大规模产业化和推广，硅烷偶联剂行业的整体成本将在现有直接法基础上继续大幅下降，制约行业发展的原料瓶颈也将彻底打破。进一步讲，在极低成本上发展规模化的烷基硅氧烷工业，在技术进步的前提下，甚至可以为偶联剂之外的更多有机硅产品提供大规模发展的基础。