当前,中美贸易战的威胁仍未消除,之前的战火波及到中兴和华为。这记重拳再次提醒业界,科技自主创新成为必然,中国一定要有自己的信息产业核心技术——“中国芯”。同样,我国氯化聚氯乙烯(CPVC)产业也迫切地需要具有适合中国特色的“中国芯”。
优异性能成就高附加值应用
CPVC是由PVC经氯化改性而制得的一种介于橡胶和塑料之间的新型高分子热塑性弹性体材料,产品为白色或淡黄色无味、无臭、无毒的疏松颗粒或粉末。通常是将PVC经氯化、过滤、水洗、中和和干燥等过程而制得。理论上,CPVC的含氯质量分数最高可达75.3%,通常生产的CPVC含氯质量分数为61%~68%,比PVC含氯质量分数高出5~10个百分点,其热变形温度和维卡软化温度可以提高到90℃~120℃,比PVC高出10℃~40℃,长期使用温度为95℃。CPVC力学性能优异,其拉伸强度比PVC高50%,比ABS树脂和PP树脂高约1倍,特别是在接近100℃下,CPVC树脂仍能保持很强的刚性;CPVC的耐化学腐蚀性好,在较高的温度下仍具有很强的耐酸、耐碱、耐化学品性,远胜PVC和其他树脂。
鉴于其以上特性,CPVC可替代传统材质,满足化工生产设备以及防腐材料的需求,用于工厂的热污水管、电镀溶液管道、热化学试剂输送管及氯碱厂的湿氯气输送管道。同时,由于聚烯烃材料(如PP、PE)遇到水中有余氯时存在分解可能,而CPVC则不受此影响,不会出现裂痕和滴漏,加之CPVC管道内壁光滑,细菌不易滋生,还可抵抗细菌侵蚀,对一般性的杀菌化学药品也具有抵抗作用,被用于输水管道的加工。由于CPVC具有优异的阻燃自熄性,极限氧指数为60,具有无火焰滴漏、限制火焰扩散及烟雾生成等特性,以及其加工的耐热管道热损失少,可用于目前建筑领域金属材质排水管的替代。
CPVC树脂的主要生产方法有:溶液法、水相悬浮法、气固相法和液氯法。
溶液法:德国的AG法本公司于1936年开始用溶剂法工业化生产CPVC。该工艺比较成熟,是早期制备CPVC树脂的主要方法。溶剂法氯化比较均匀,产品具有良好的溶解性能,但产品热稳定性和机械性能较差,且有机溶剂毒性较大,回收困难,环境污染严重,生产成本较高,国外基本淘汰。
水相悬浮法:英国ICI公司在20世纪40年代开发。美国古德里奇(已被路博润公司收购)公司于20世纪60年代初首先采用水相悬浮法生产CPVC。水相法工艺简单,生产流程短,产品质量好,具有良好的耐热性和物理机械强度。但生产过程中产生的废酸气需要进行严格的处理,环保费用较高。
气固相法:最早由原西德劳伦尔公司于1958年率首先报道,之后,东亚合成株式会社、日本碳化物公司、原东德的VEB公司等都对此法进行过研究。气相法具有工艺流程简单、基本无三废污染、产品易处理、成本低等特点,但反应散热困难,易造成物料粘稠,产品氯含量低、均匀性较差。
液氯氯化法:预先将PVC树脂悬浮于5~10倍的液氯中,浸泡PVC使其溶胀或成为凝胶相,通氯气氯化至含氯质量分数大于65%以后,加入卤代低级烷烃,从液氯中回收生产的CPVC,然后再经过滤、水洗、干燥得到CPVC产品。采用该法能得到氯化均匀、氯含量高的CPVC产品,且能够实现连续化生产。美国B F Goodrich 公司已开发出这一方法,但仍在进一步扩大试验中,还未见有规模化生产。
行业发展“芯”之痛待解
面对如此优秀的高分子材料,本应被大规模生产和多领域广泛应用,但在现实中,却远非如此。分析我国CPVC行业发展的“芯”之痛,主要有以下几个方面:
1. 国外企业对技术严加封锁
国外CPVC企业的商业化生产经过60多年的发展,在生产工艺技术上已相当成熟,而且这些世界发达国家已经形成了完整的CPVC应用体系,具有成熟的应用领域和市场,形成品种系列化、专业化和精细化的产业格局,布局完整、缜密。国外企业在生产和销售方面均处于绝对垄断状态,对于紧跟其上的发展中国家在CPVC技术上进行严格的技术保密,特别是对于生产CPVC树脂的技术工艺包和PVC专用料原料的控制,阻碍了我国CPVC行业的快速发展。
目前世界上约有20多家公司生产CPVC树脂,美国路博润公司是全球最大的CPVC生产企业,生产能力在10万吨,近年在国外还有8.5万吨的扩能计划报导。日本钟渊公司CPVC的生产能力为4.5万吨,德山积水化学公司CPVC生产能力为2万吨,德国巴斯夫CPVC生产能力为1万吨,法国阿科玛CPVC生产能力为1万吨。这些公司均采用成熟的水相悬浮法生产工艺,均使用本公司生产的PVC树脂开发出专用PVC粉,然后再用于生产CPVC树脂。目前,国外CPVC树脂逐步在输水管道、市政工程、埋地电力管网等领域取代PVC树脂产品。
2. 产业尚处于待规模化发展阶段
我国于20世纪60年代由锦西化工研究院成功开发出溶液法CPVC,并实现工业化生产;20世纪70年代,安徽省化工研究院采用水相悬浮法制备CPVC取得成功;上海氯碱化工经过自主研发,建成1万吨水相法生产CPVC装置,于2011年9月投产运行,打破了欧美国家对CPVC产品生产技术的长期垄断。受蒙特利尔条约的限制,溶剂法在国内已基本淘汰。近年,随着市场需求的不断增加,国内CPVC产能逐步增长,但步履艰难。2012年我国CPVC产能为5.85万吨,2018年国内包括拥有自主技术和引进技术的CPVC生产厂家超过12家,总产能达到10万吨,还有30万吨的产能正在建设或规划建设。
截至目前,国内主要生产企业有上海氯碱4万吨产能(已于2017年10月建成),潍坊高信4万吨产能,潍坊金亿达塑胶1万吨产能,东营旭业1万吨产能,山东祥生塑胶1万吨产能(2017年有4万吨CPVC生产规划),江苏理文化工2万吨产能(2016年有5万吨CPVC生产规划),江苏天腾化工5000吨产能,以上企业均采用水相法工艺。杭州电化采用气相法生产工艺,产能为5000吨。内蒙古晨宏力新材料有10万吨CPVC的建设规划,其引进美国诺誉公司(路博润)成套工艺包,采用紫外线灯光水相悬浮法工艺,目前已形成2万吨生产规模。若其全部规划建成达产后,将成为全国最大的CPVC生产企业。在我国,CPVC树脂生产企业规划建设产能较多,但实际建成达产并正常运行的企业为数不多。
3. 产品认知度低,替代产品对CPVC市场形成挤压
在我国,由于氯化聚乙烯(CPE)和CPVC均是水相悬浮法生产工艺,而CPE产业工艺相当成熟,产品市场规模大,CPVC树脂多由CPE厂家附带生产。相对于CPE产品,CPVC树脂产能装置小,市场话语权处于弱势地位。
目前,上海氯碱、江苏天腾、东营旭业、山东高信和山东祥生塑胶等五大CPVC企业均生产CPE。CPE的主要原料为液氯和专用料,两者的单耗分别为0.78吨和0.625吨,利润空间在300~600元/吨;而CPVC的主要原料为液氯和PVC专用树脂,专用料的单耗为0.88吨,液氯的单耗受产品型号不同略有差异,基本在0.6~0.8吨。从单耗上看,CPVC的利润空间比CPE大。但由于业内对于CPVC树脂的认识度不够,一些对制品要求不高的行业多采用CPE产品来替代CPVC,并用CPE的市场低价格挤压CPVC市场的高价格,导致CPVC实际销售上卖不出好价格。
与此同时,因为国内PVC下游企业对CPVC产品认识不足,或者处于经济利益的驱使,用低价格的PVC替代高价格的CPVC树脂,使得CPVC树脂的产品推广使用存在困难,而导致国内CPVC管材在国内需求量不到4万吨。
4. 原料PVC粉无法实现完全自主生产,专用料加工技术亟需攻克
目前,我国CPVC生产原料PVC主要分为配方料和通用料两大类,企业多采用进口PVC为生产原料。除潍坊高信采用齐鲁石化自主生产的PVC专用粉为原料生产CPVC,上海氯碱采用自主生产的乙烯法PVC为原料生产CPVC树脂外,其他国内大多数生产企业均采用进口PVC粉为生产原料,在采供渠道和市场价格方面受制于国外企业,专用料加工方面存在技术瓶颈。云南盐化、德州实华和陕西金泰等企业均有计划新上CPVC项目,但受制于技术领域和原材料等多方因素,目前尚无最新进展的报导。
四轮驱动助行业加快破局
1. 加大CPVC生产技术的研发力度,打造具有自主知识产权的PVC专用料
近年,我国在CPVC生产技术方面的研发做了大量工作,特别是国内的一些科研院所和国内起步较早的氯碱企业,以及经济实力相对雄厚和研发能力相对较强的PVC企业。例如,湖北省化学研究院对固相法生产CPVC进行过研究,中科院等离子体物理研究所和清华大学也开展了气固相方法生产CPVC的研究。特别是新疆天业集团,历经8年的时间,在气固相法工艺的研发方面进行了大量深入研究,并且取得了具有实质性阶段的科研成果——通过自主研发、设计的千吨级分置式气固相法氯化高聚物工艺首次采用循环流化床工艺,打破了水相法合成CPVC工艺的水资源高消耗、环境污染严重和氯气转化率低等桎梏,同时克服了现有气固相氯化法存在的氯化不均匀及反应热导出困难等难题,该新型生产工艺已获得10余项专利成果。经过2年多的千吨级工业化示范生产,目前,新疆天业采用自主研发的氯化专用PVC粉已生产出被市场认可的CPVC树脂。
国内企业和科研院所经过多年的共同努力,取得了一定进展,国外发达国家因此放松了对我国企业的技术封锁。截至目前,我国已从法国阿科玛引进3套产能5000吨的气相法氯化法CPVC树脂生产技术。在引进国外先进CPVC生产技术和关键设备的时候,可考虑建设规模较大的生产装置(以10万吨为宜),技术起点高,经济效益好,产品才可迅速占领市场,并加速产品的应用推广。
2. 逐步规范产品标准,在CPVC产品牌号上做到“四化”
作为现代化大生产的必要条件,CPVC产品必须建立符合自身发展的产品标准,只有建立标准化才可充分使各类生产资源合理利用,简化生产技术流程。同时,标准化的建立也是规范及扩大CPVC树脂产品市场的必要手段。目前,我国尚未建立CPVC树脂的国家标准,CPVC相关产品的国家标准也不完善,生产厂家只建立了企业标准,致使我国CPVC企业产品各自为政,产品质量不稳定。市场上以次充好,低价竞争,破坏了CPVC树脂及其制品的市场形象,误导下游制品企业对CPVC产品优异性能的使用,产品市场推广存在相当难度。
产品标准的制定和完善,对于提高当前CPVC产品品质有及其重要的作用。应规范国内CPVC树脂产品标准和市场标准,在产品牌号上做到系列化、专用化、精细化、高纯化。
3. 加强CPVC树脂的改性技术研究,以推广应用范围
针对CPVC在实际应用中存在的缺陷,如刚性大但韧性不足、熔体熔融黏度高、制品热稳定性较差、加工成型温度范围窄、容易发生热分解等,应加强其改性研究。可以在CPVC中添加ABS、CPE、MBS、ACR等改性剂以及通过接枝改性等来提高体系的冲击强度,改善CPVC树脂的加工性能及降低体系熔体粘度。目前,这方面的研究尚无大规模工业化应用的进展,这也是CPVC树脂改性在应用方面发展的机遇。
4. 提高认知程度,扩大国内需求
CPVC无论是在性能还是应用领域方面均具有优势,当前亟须解决的问题是广泛提高下游应用领域的认知程度,特别是市场需求方面需要扩大推广力度。目前,国内CPVC管材主要应用在防腐和电力材料等方面,民用领域应用较少,对照国外CPVC产品57%应用于民用行业的情况,我国市场潜力较大。这就需要国内CPVC企业在产品加工性能方面多做功课,以满足下游客户的不同需求。
绿色环保、使用寿命长是塑料材料的发展趋势,国内CPVC需求存在很大的发展空间。随着人们对环保认知和绿色需求的不断提高,越来越多的人倾向于绿色环保消费,将绿色环保概念融入到CPVC产业开发中,真正地实现绿色环保管材应用,实现CPVC生产技术的国产化,摆脱无毒、无害、无添加、无健康问题的困扰,打造中国人自己的CPVC生产技术核“芯”将是业界不懈的追求。