摘要:环氧树脂材料是环氧活性稀释剂的传统应用领域,并且依然是当前环氧活性稀释剂的主要应用领域,环氧树脂基复合材料、涂料、电子电气和胶粘剂等行业的稳步发展将带动环氧树脂及环氧活性稀释剂需求持续增长。
环氧树脂材料是环氧活性稀释剂的传统应用领域,并且依然是当前环氧活性稀释剂的主要应用领域,环氧树脂基复合材料、涂料、电子电气和胶粘剂等行业的稳步发展将带动环氧树脂及环氧活性稀释剂需求持续增长。
此外,环氧活性稀释剂作为有机合成中间体和工业助剂在硅烷偶联剂、日化用品、3D 打印、UV树脂、可降解塑料、高吸水树脂、PVC 助剂、造纸助剂和纺织助剂等领域的创新应用将为环氧活性稀释剂开辟新的广阔增长空间。
根据 QYResearch 的统计数据,2021 年全球环氧活性稀释剂总消费量约 22.8万吨,其中复合材料领域消费量最大,占比 32.0%;其次为涂料、电子电气和胶粘剂领域,消费占比分别为 16.4%、15.1%和 11.5%;硅烷偶联剂领域消费占比为 4.7%;其他领域消费占比为 20.3%。
(1)环氧树脂材料领域
环氧树脂是一类重要的热固性树脂,其综合性能优异,应用领域广泛。但由于环氧树脂黏度较大,操作工艺性差,因此须在其固化体系中加入稀释剂,以降低树脂黏度,改善其加工工艺。同时,环氧树脂固化后交联密度高,内应力大,存在质脆、韧性差等缺点,使其应用受到一定限制,因此须对其进行改性。
非活性稀释剂为惰性溶剂,如甲苯、二甲苯、酮等,不含环氧基团,不参与环氧树脂的固化反应,仅达到物理混合、降低黏度的目的,并且会随固化反应挥发而产生VOCs 排放,造成严重环境污染的同时给固化物留下孔隙,使收缩率增大,降低粘结力、机械强度及热变形温度等。
环氧活性稀释剂与环氧树脂具有良好的相容性,可直接参与环氧树脂的固化反应,成为固化物交联网络结构的一部分,在降低环氧树脂黏度、改善其工艺性能的同时,还能增强固化物的柔韧性,且不会新增 VOCs 排放。
改性后的环氧树脂由于其操作工艺和性能的提升,进一步扩大了在复合材料、涂料、电子电气和胶粘剂等领域的应用。目前环氧树脂材料领域常用的环氧活性稀释剂有数十种,主要为缩水甘油醚类化合物,按所含反应性环氧基的数量又可分为单缩水甘油醚和多缩水甘油醚。
根据最终产品的操作工艺和性能要求,可以选择在环氧树脂体系中加入不同比例的活性稀释剂,单环氧基缩水甘油醚稀释效果较好,其用量一般不超过环氧树脂的 15%,多环氧基缩水甘油醚用量则可达 20%~25%。随着下游行业对专业化、功能化、高性能、环保型环氧树脂材料需求的不断增长,环氧活性稀释剂凭借其良好的功能性、配方设计的灵活性以及环保等特性,在环氧树脂体系中得到日益广泛的应用。
①复合材料
树脂基复合材料是以有机聚合物为基体的纤维增强材料,树脂基体加入增强纤维之后性能会得到显著提升。环氧树脂是复合材料中较为常用的树脂基体。除环氧树脂自身具有的优良物理和化学特性外,环氧树脂基复合材料具有密度小、疲劳强度高、减振效果好等优势,可广泛应用于风电叶片、航空航天及军工、交通运输和体育器材等领域。
随着科技材料的更新换代,复合材料将逐渐替代钢、铝、木材、PVC 等传统材料;且随着绿色发展理念的深入,复合材料将成为环氧树脂最具成长性的应用领域。根据 Grand View Research 的统计,2020 年全球环氧树脂复合材料市场规模为 284.0 亿美元,预计 2028 年将达到 537.46 亿美元,2020~2028 年复合年增长率为 8.3%,风力发电、交通运输、航空航天以及国防军工等行业对轻质材料的需求有望推动市场增长。
当前,环氧活性稀释剂在环氧树脂复合材料领域主要用于风电叶片用环氧树脂基复合材料的生产。树脂基复合材料用于风电叶片的制造主要采用真空灌注成型工艺,要求基体树脂具有低黏度、流动性好、足够的可操作时间以及对纤维增强材料良好的浸润性等。环氧树脂具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性,是大型风电叶片的首选;而环氧活性稀释剂不仅可以降低环氧树脂黏度、改善其操作工艺和性能,同时还可以增强纤维与树脂的浸润性及界面粘结强度,因而在风电叶片用纤维增强复合材料领域获得大规模应用。
风力发电是可再生能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一,且可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大;同时随着风电相关技术不断成熟、设备不断升级,全球风力发电行业高速发展。根据全球风能理事会(GWEC)发布的数据,2021 年度全球风电新增装机容量为93.6GW,与 2020 年度基本持平,2011-2021 年年均复合增长率为 8.71%。根据GWEC 预测,2022-2026 年期间全球新增风电装机容量为 556.9GW,年均新增风电装机容量超过 110GW,将继续保持高速发展。
中国为全球最大的风电市场,根据GWEC统计,2021年我国风电新增装机容量为47.6GW,占同期全球风电新增装机容量的50.82%,2011-2021年我国风电新增装机容量年均复合增长率为10.44%。虽然近年来我国风电行业发展较为迅速,但目前风力发电在我国能源结构中的占比仍然较低,2021年风力发电量占全国总发电量的比例仅为7.83%。不论与风电发展相对成熟的发达国家相比,还是与我国能源发展规划相比,风电行业均具有巨大发展空间。
此外,随着风力发电技术和发电效率的不断提升,风力发电成本快速下降,风电竞争优势日益凸显,在此背景下,我国先后自2021年和2022年取消陆上风电和海上风电中央财政补贴。随着风电平价上网时代的到来,叠加碳中和目标的积极政策影响,我国风电行业将进入更加健康和可持续发展的轨道。根据GWEC预测,2022-2025年我国风电年均新增装机容量将在55GW以上,到2025年达到60GW左右,“十四五”期间,我国风电行业发展前景广阔。
综上,随着风能、汽车和交通运输、航空航天及军工等行业对轻质材料的需求不断增长,复合材料有望继续成为环氧活性稀释剂最主要的应用领域。根据QYResearch 的统计数据,2021 年全球环氧活性稀释剂在复合材料领域的消费量为 7.3 万吨,预计 2026 年增至 11.9 万吨,未来五年复合增长率超过 10%。
②涂料
环氧树脂以其化学稳定性高和耐腐蚀性强等优势,主要被用作涂料中的成膜物质,是使用最多的涂料用树脂之一,其中固体环氧树脂主要用于粉末涂料领域。环氧活性稀释剂作为改善环氧树脂工艺和性能的主要助剂,应用于环氧树脂涂料中可替代传统非活性稀释剂,不仅能调节配方的黏度,改善施工工艺,还能增强涂膜的韧性,减少 VOCs 排放。目前,全球涂料行业已进入成熟期,发达国家市场趋于饱和;发展中国家和地区,尤其是中国,由于其巨大的市场潜力成为行业竞争的焦点。据中国涂料工业协会统计,2021 年我国涂料行业总产量 2,853 万吨,同比增长 16.00%,2017-2021 年年均复合增长率为 14.46%,保持高速增长。
传统涂料生产需要大量的有机溶剂,涂膜时有机溶剂易挥发形成 VOCs,造成环境污染。近年来随着消费者环保意识的提升以及节能减排工作的推进,社会对环保型产品的需求逐年增长,发展粉末涂料、水性涂料和 UV 涂料等环保型涂料已成为涂料行业的发展趋势。根据《中国涂料行业“十四五”规划》,到 2025年环保型涂料产量占比将达到 70%,较 2018 年提高 28 个百分点,意味着未来几年我国环保型涂料仍有巨大发展替代空间。随着环保型涂料受到市场的日益青睐,预计涂料行业对环氧活性稀释剂和固体环氧树脂的需求将维持增长态势。
③电子电气
电子电气行业是环氧树脂及环氧活性稀释剂的又一重要下游应用领域。环氧树脂以其出色的粘结性能、电气绝缘性能和灵活多样的配方设计,在电气绝缘材料、电子封装/模塑料、覆铜板等方面有着广泛的应用。环氧活性稀释剂在电子电气领域主要与液体环氧树脂配合,应用于电子胶粘剂、电子灌封胶等电气绝缘材料,用于降低环氧树脂配方的黏度,增强固化物的流动性和柔韧性,使其方便用于粘接、灌注、浇铸、密封、浸渍等方面。电子环氧材料作为一种重要的绝缘材料,广泛应用于电力工业、轨道交通、新能源及电动汽车等领域,应用场景包括高压开关设备绝缘件、户内外绝缘子、变压器、电抗器、高压套管、电力电子器件封装等。
根据 ACMI 的统计数据,近年来我国电子电气行业对环氧树脂的需求量呈现加速增长态势,至 2021 年达到 72.6 万吨,同比增长 14.3%,增速为近 5 年来最快。未来,随着大数据、物联网、人工智能、5G、新能源汽车等新一代信息技术的快速演进,将引发电子信息产业的新一轮变革,ACMI 预测 2026 年我国电子电气行业对环氧树脂的需求量将达到 100.3 万吨。
综上,我国电子电气领域对环氧树脂需求量的快速增长预计将相应带动环氧活性稀释剂需求量稳步上升。
④胶粘剂
近年来,在国家经济持续发展、产业结构升级的促进下,我国胶粘剂行业紧跟国家发展战略,总体保持平稳增长。根据中国胶粘剂和胶粘带工业协会统计数据,2019 年和 2020 年我国胶粘剂行业产量分别为 679 万吨和 709 万吨,同比分别增长 7.61%和 4.42%。虽然目前我国胶粘剂产量已位居全球前列,但仍以生产通用型和中低档的胶粘剂为主,高性能、高品质、环保型胶粘剂需求量大。展望未来,我国胶粘剂行业仍有较大的增长空间。
一方面,伴随着装配式建筑、风电、新能源汽车、5G 消费电子等高端领域的用胶需求旺盛,将推动胶粘剂行业产品功能化、高端化,应用领域不断扩大;另一方面,随着消费者环保意识的日益提高和环保法规的日趋完善,市场将为质量好、无污染、与国际标准接轨的环保型胶粘剂产品开辟广阔天地。
“十四五”期间,我国胶粘剂产业的发展目标为产量年均增长 4.2%,力争到 2025 年末改变国产产品高端不足、低端过剩的局面,使行业高附加值产品产值的比例达到 40%。根据 ACMI 的统计,2017-2021 年我国胶粘剂行业环氧树脂需求量由 14.3 万吨增至 19.3 万吨,年均复合增长率达 7.8%,预计 2026 年胶粘剂用环氧树脂需求量将增加至 27.3 万吨,未来五年年复合增长率为 7.18%。
(2)有机合成中间体和工业助剂等创新应用领域
在其他创新应用领域,本文分析的环氧活性稀释剂可广泛应用于硅烷偶联剂、日化用品、3D 打印、UV 树脂、可降解塑料、高吸水树脂、PVC 助剂、造纸助剂和纺织助剂等领域,虽然用量相比环氧树脂材料领域仍然不大,但通常具有更高技术含量及产品附加值,未来发展前景广阔。
① 硅烷偶联剂
烯丙基缩水甘油醚等环氧活性稀释剂可用于合成环氧基硅烷偶联剂等有机硅材料。硅烷偶联剂同时含有亲有机和亲无机两类官能团,可以作为无机材料和有机材料的界面桥梁或者直接参与有机聚合材料的交联反应,从而大幅提高材料性能,是一类非常重要、用途广泛的助剂。硅烷偶联剂主要应用于橡胶加工、复合材料、粘合剂、塑料加工、涂料及表面处理等领域。
目前,硅烷偶联剂在国内外的发展十分迅速,其中亚太地区需求强劲,是推动全球市场增长的主要因素。据全国硅产业绿色发展战略联盟数据,2021 年全球功能性硅烷(主要为硅烷偶联剂)总产量达到 47.8 万吨,同比增长 10.24%;预计 2026 年总产量将达到 70.3 万吨,未来五年年均复合增速达 8.01%。
综上,随着硅烷偶联剂市场需求的快速增长,将持续带动对烯丙基缩水甘油醚等环氧活性稀释剂的消费需求。
②日化用品
环氧活性稀释剂部分品种可用于制备日化品防腐保湿剂。该类防腐保湿剂一般与其它多元醇等复合使用,应用于化妆品和洗涤剂中,具有保湿、防腐、抗菌、除臭等功效。此外,该类防腐保湿剂还对其他传统防腐剂具有增效作用,可大量降低传统防腐剂的加入量,使防腐体系毒性降低,提升对人体安全性。
随着全球经济的不断发展,人们对于化妆品的需求不断增加,推动了全球化妆品市场规模的快速增长;同时随着生活质量的提高,化妆品行业消费升级的趋势逐渐显现,消费者不再一味追求低价,开始更加注重化妆品的产品品质,绿色环保产品的消费群体日益扩大。以环氧活性稀释剂为原料制备的日化品防腐保湿剂预计将随着绿色环保型日化产品的需求增长而快速发展。
③PVC 助剂
热稳定剂是 PVC 塑料加工过程中必不可少的关键改性材料,可以抑制氯化合物分子的分解,改善氯化合物的热稳定性。热稳定剂按照技术路线不同可分为铅盐类、有机锡类、金属皂类等,占 PVC 热稳定剂市场份额超过 90%。其中金
属皂类热稳定剂一般需要搭配多种辅助稳定剂组合使用,将金属盐类稳定剂与环氧化合物、水滑石等辅助稳定剂搭配使用,使其在 PVC 加工和使用过程中产生协同效应,以满足加工性能的需要。
随着一系列禁镉、限铅令的颁布,无铅化、无镉化是热稳定剂行业发展的必然趋势。我国虽然在某些领域限制了含铅热稳定剂的使用,但因价格低廉、性能优异等特点导致毒性大、对环境污染严重的含铅热稳定剂仍占据一定的市场份额。根据《中国氯碱》的数据统计,截至 2020 年,铅盐类热稳定剂的用量占我国 PVC热稳定剂年消费总量的比例约为 34%,仍有广阔的替代空间。从欧洲等地区热稳定剂的发展趋势来看,无毒环保是热稳定剂行业的重要发展趋势。
2021 年 7 月,中国塑料加工工业协会发布《塑料加工业“十四五”科技创新指导意见》,提出推进 PVC 稳定剂等助剂的环保替代,“十四五”期间重点产品发展方向包括 PVC 制品用无毒、环保、多功能稳定剂等。环氧活性稀释剂部分品种是 PVC 等高氯化合物的理想热稳定剂,也是复配、改性其他热稳定剂的主要成分,具有无毒、环保等特性。随着环保 PVC 稳定剂市场规模的稳步上升,对该等产品的消费需求将相应增长。
④纺织助剂
环氧活性稀释剂部分品种可用于制备三元嵌段硅油,作为纺织后整理助剂,用于棉、麻、毛、丝、化纤及其织物的整理,以增加纤维的柔韧性、牢度、耐碱性和染色性等。三元嵌段硅油克服了普通氨基硅油稳定性差、不可复染的缺点,可赋予各种纤维更佳的手感和亲水性,是普通氨基硅油的升级换代产品。
近年来,世界纺织工业从美国和西欧等发达国家逐步向亚洲转移,使该地区对纺织印染助剂的需求量得到迅猛的发展。根据中国染料工业协会纺织印染助剂专业委员会数据显示,2016-2020 年我国印染助剂产量由 164 万吨增加至 245 万吨,年均复合增长率达 10.56%,呈高速增长态势。
由于国内印染企业对纺织印染助剂应用重要性认识不足等原因,我国纺织印染助剂的产量和品种与国际水平相比仍有较大差距。工业发达国家的纺织印染助剂产量与纤维产量之比约为 15:100,而我国目前水平仅为约 4:100,随着我国人民生活水平的不断提高,我国印染助剂消费水平还有较大提升空间。
⑤可降解塑料
可降解塑料是一种在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料,已广泛用于包装袋、保鲜膜、农用薄膜、卫生用品和医疗用品等领域。
可降解塑料配套助剂是可降解塑料重要的伴生产业,近年来全国各地陆续出台“禁塑”的相关法规措施,可降解材料产业已驶入高速发展的快车道,进而带动相关配套助剂需求的高速增长。2020 年 1 月,发改委和生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,确立到 2020 年底我国将率先在部分地区、部分领域禁止、限制部分塑料制品的生产、销售和使用,同时加快推广塑料的替代产品;到 2022 年底一次性塑料制品的消费量明显减少,替代产品得到推广;
到 2025 年替代产品开发应用水平进一步提升,重点城市塑料垃圾填埋量大幅降低,塑料污染得到有效控制。从需求端看,至 2025 年快递包装、外卖餐具、农用薄膜与塑料购物袋四大行业的塑料用量将超过 1,400 万吨,按各省的限塑禁塑规划,预计 2025 年我国可降解塑料市场规模将新增 400 万吨以上。
综上,环氧活性稀释剂在复合材料、涂料、电子电气及胶粘剂等多个领域有着广泛应用,且随着环氧活性稀释剂品质提升和新品种开发,应用领域仍在不断涌现,未来市场仍有较大增长潜力。此外,随着我国粉末涂料市场需求的快速增长,固体环氧树脂消费需求仍有望保持稳步增长趋势。
来源:思瀚研究院