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塑料抗氧剂与光稳定剂: 改进生产工艺 注重提质升级
2021年13期 发行日期:2021-07-05
作者:■ 北京加成助剂研究所 李杰 时凯

当前,我国已经是抗氧剂、光稳定剂世界第一生产大国。合成树脂和塑料制品数量、质量的提高,为抗氧剂、光稳定剂带来了良好的发展机遇。未来应加强创新,改进生产工艺,早日实现从产量全球第一向质量和应用效果全球领先的跨越。

    空气中的氧气、阳光中的紫外线和红外线、加工和使用过程的温度等,都会导致塑料材料发生热氧化、热降解和光氧化反应,使其物理机械性能和外观色泽变差,失去原有功能和使用价值。抗氧剂和光稳定剂添加于塑料材料中,可有效地抑制或降低塑料材料大分子的热氧化、光氧化反应速度,显著提高其耐热、耐光性能,延缓降解、老化过程,保持塑料制品的使用价值。  


受下游强力驱动,抗氧剂、光稳定剂发展迎契机

    

    2020年,国内合成树脂表观消费量达13588万吨,其中五大通用合成树脂表观消费量10788万吨,全国塑料制品行业汇总统计企业塑料制品产量7603万吨。随着行业可持续发展意识的增强,合成树脂和塑料制品中抗氧剂、光稳定剂的使用率、使用量将大幅度提高。

    1.合成树脂产能和产量大幅增大带来的发展机遇

    合成树脂是生产塑料制品的基础材料,种类众多。因分子结构不同,或同分子结构因聚合工艺不同、加工工艺不同、使用环境和条件不同,自身的热氧化、光氧化反应速度和抗热氧化、光氧化反应能力有很大不同,在树脂合成、制品加工和使用过程中会发生热氧化或光氧化反应。合成树脂生产过程中一般都使用抗氧剂作为基础稳定剂,特别是聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚苯乙烯等树脂。

    聚丙烯树脂是生产量和使用量最大、需要应用抗氧剂的一类合成树脂,2005年国内产量仅523万吨,2020年大幅提高至2580万吨,15年间增加了约2000万吨。2021年,国内预计新增聚丙烯产能700万吨/年左右,聚丙烯树脂总产能和产量将超过3000万吨。

    据统计,2020年国内聚乙烯树脂产能达到2256万吨/年。2021年国内共有11家企业将新增聚乙烯生产装置,预计新增产能575万吨/年,约为2020年产能的四分之一,其中包括255万吨/年全密度装置、210万吨高密度聚乙烯/年装置、40万吨/年线性低密度聚乙烯装置和70万吨/年低密度聚乙烯装置。预计2021年底,国内聚乙烯产能将达到2831万吨/年。

    其他合成树脂,包括聚苯乙烯树脂、ABS、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PA)、聚酯(PET/PBT)、聚甲醛(POM)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等,由于具有特殊的性能和用途,国内产能、产量都在快速增加。如PC,2020年我国以190万吨/年的总产能继续居全球第一位,占全球总产能的25%左右。

    2.塑料加工行业高质量发展带来强劲需求

    塑料制品在各行各业和人类生活中不可或缺。例如种植蔬菜、棉花、果树等的塑料地膜、大棚膜、滴灌带、遮阳网,水产捕捞、养殖的塑料渔网、网箱、固定架、人行板,体育场塑料座椅和塑胶跑道,公园的塑木步道、围栏、座椅,防护新冠病毒传染的口罩、防护服,空调室外机和室内机外壳、风扇,一次性医用塑料用品(输液袋、注射器等),汽车内饰和发动机周边耐热塑料制品等。随着农业、工业、航天航空等行业的技术进步,人类生活水平不断提高,使用抗氧剂、光稳定剂的功能性塑料制品的应用越来越广泛,相关塑料制品的种类也会越来越多、数量越来越大。

    我国已经是世界塑料制品第一生产大国,但还不是塑料制品生产强国。近五年,我国塑料制品的平均进口单价为6万元/吨左右,而平均出口单价为2万元/吨左右,平均进口单价是平均出口单价的3倍左右。如此高的差价,有材料合成技术的原因,有树脂改性技术的原因,有加工工艺技术的原因,也有制品使用功能的原因。助剂在制品使用功能中起到关键作用,对于一般加工、高温加工、热环境和户外使用的塑料制品,必须使用抗氧剂、光稳定剂。

    根据中国塑料加工工业协会统计,2020年浙江、广东二省的塑料制品产量分别为1280万吨、1275万吨,西部12个省(陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、青海、新疆、重庆、四川、云南、广西、贵州、西藏)的塑料制品产量合计仅为1219万吨。地区经济发展和塑料制品产量、档次的差异,也是抗氧剂、光稳定剂的市场机遇。

    塑料制品造成的污染,是全球关注的课题。造成污染是塑料制品制造质量和使用后回收不力的问题,而不是塑料制品自身的缺陷。与可降解材料相比,塑料制品回收再利用,不产生全球限制的二氧化碳,是减少塑料污染的主要途径。使用适当、适量的抗氧剂、光稳定剂,可以有效延长塑料制品的使用寿命,不仅减少石油、煤炭、天然气的开采,保护自然资源,而且减少化工生产过程的能源消耗和废物排放,使塑料制品更易于回收。


我国已成抗氧剂、光稳定剂生产大国

        

    我国已经是抗氧剂、光稳定剂世界第一生产大国,产品品种、质量不仅可以满足国内石化、塑料加工等行业的使用需求,还出口欧洲、美洲等发达地区和国家。2021年,抗氧剂、光稳定剂行业将出现第一个年销售收入超过30亿元的企业。

    1.抗氧剂:将形成超35万吨/年产能规模

    抗氧剂是塑料材料和制品中应用最广泛的助剂。一方面,在塑料材料的聚合合成、造粒、储存、加工、使用、回收各个不同阶段,均有抗氧剂的应用。另一方面,当今世界上已出现的各种不同分子结构的塑料树脂和材料种类,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯类聚合物、工程塑料和改性塑料等各种塑料材料中,使用抗氧剂的塑料树脂和材料种类最多。

   《塑料抗氧剂、光稳定剂“十三五”规划》曾预测2020年国内抗氧剂产能为20万吨/年。而事实上,2020年国内抗氧剂产能已经超过30万吨/年,远超预测,这说明近年抗氧剂产品市场需求旺盛。2021年国内还有5万吨/年左右产能的抗氧剂装置建成、投产,从而形成高于每年35万吨/年抗氧剂的产能规模,抗氧剂产能、产量稳居世界第一。

    目前国内已经可以生产亚磷酸酯类、受阻酚类(包括非对称型受阻酚)、含硫类、胺类等通用、专用和特殊用途抗氧剂品种。通用抗氧剂的出口量约占国内产量的15%以上,专用和特殊用途抗氧剂品种的出口量约占国内产量的50%以上。

    2.光稳定剂:2020年产能已超10万吨/年

    光稳定剂主要以受阻胺类和紫外线吸收剂产品为主导。2015年,国内光稳定剂总产能仅约3万吨/年,2020年产能已经超过10万吨/年,2021年计划建成产能约2万吨/年。我国的光稳定剂不仅产能和产量世界第一,而产品系列、品种、质量、应用效果基本达到与国外同等水准。

    受阻胺光稳定剂622、770、944、2020、119等产品,紫外线吸收剂531、326、329、234、360、UV-9、UV-P等产品,国内不仅都有生产,还有20%以上的产品出口。

    受阻胺类光稳定剂发挥作用的时间相对慢,但是作用时效长:紫外线吸收剂发挥作用的时间快,但是作用时效相对短:二者各有各的应用特色,在某些用途上具有不可替代性。受阻胺类光稳定剂的主要母体是羟基哌啶和氨基哌啶,基于氨基哌啶的受阻胺类光稳定剂产品还有待于开发。紫外线吸收剂类产品生产过程会产生的废液,近几年已经得到妥善的处理和治理,为紫外线吸收剂类产品产能的提高提供了基础条件。


未来应提升创新能力和应用技术水平

    

    石化、塑料制品加工、出口贸易等行业的发展,为抗氧剂、光稳定剂种类的多样化和数量、质量的提高提供了良好的发展契机。“十四五”期间,抗氧剂、光稳定剂生产企业要增强技术创新能力,招聘、培养技术人才,与大专院校、科研院所、高技术企业、国际同行业企业和人才合作与交流;在提高产品品种和数量的基础上,进一步改进、提高生产工艺,稳定产品内在质量,提高产品质量标准和应用标准;提高抗氧剂、光稳定剂产品的应用技术水平,带动石化和塑料制品等企业的抗氧剂、光稳定剂使用技术水平的提升。

    抗氧剂、光稳定剂生产企业的产量和产品价格,受主要原材料制约。因此,在主要原材料供应方面,抗氧剂、光稳定剂生产企业应建立稳定、可控的供应机制或体系,在稳定产品供应的基础上适当稳定产品价格。

    与此同时,对于拥有自主知识产权的通用品种,企业和技术人员要注重制定、实施国际水平的抗氧剂、光稳定剂标准,提高并稳定产品质量和应用效果,从而实现从抗氧剂、光稳定剂大国向强国的转变。


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