国内功能性硅烷研究报告2021

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1、国内功能性硅烷研究报告,历史收益率曲线,从量到质，功能性硅烷国内崛起,报告摘要： 功能性硅烷是有机硅材料的四大门类之一，因其性能优异被广泛应用。 功能上多为杂交结构，多数产品在同一个分子中同时含极性和非极性两 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。功能性硅烷品种众多， 因其优异的性能可以广泛应用于复合材料、橡胶加工、塑料、粘合剂、 涂料及表面处理等领域。 国内功能性硅烷产业链布局完善，全球产能已逐步转移到国内。硅粉是 三氯氢硅主要成本，三氯氢硅是制备功能性硅烷的主要原料，上游原材 料配套，构筑核心成本竞争力。国外功能性硅烷生产

2、厂商受制于成本压 力、产业配套等因素，大规模扩展生产能力的可能性较低。全球功能性 硅烷主要增长动力来自中国，中国已成为全球最大的生产国。随着国内 政策和需求的双重推动，国内功能性硅烷行业集中度进一步提高。预计 未来市场上，我国硅烷产品将继续占据行业主导地位，并进一步提高国 际市场份额。 功能性硅烷应用广泛，下游领域持续增长推动行业发展。功能性硅烷主 要受益于绿色轮胎、房地产竣工周期和复合材料等拉动。2020-2027 年全 球绿色轮胎市场预计复合增速 9.3%达到 1392 亿美元，高速发展带动绿 色轮胎等需求。国内外房地产竣工周期共振，有望拉动建筑用胶需求。 复合材料应用前景巨大，玻璃纤维替

3、代钢、铝、木材、PVC 等传统材料 推动全球玻璃纤维行业持续增长。 借鉴海外有机硅龙头，从单一产品到产品线，逐步提供全套解决方案。 陶氏通过丰富自身有机硅产品种类，来满不足不同客户的定制化需求,从硅烷、树脂和添加剂等产品中选择合适产品，以最大限度延长基材寿 命、降低维护成本并改善外观效果，满足客户对卓越性能的需求。 功能性硅烷景气向好，国内企业正在实现从量到质的提升。伴随着新兴 领域的需求崛起，借鉴海外有机硅企业的发展，未来国内功能性硅烷企 业将由量走向质的提升。推荐具备与迈图、赢创具有较好合作基础、打 造国内有机硅下游最强的新安股份，建议关注硅烷产品最丰富的晨光新 材、全球含硫硅烷偶联剂龙头

4、宏柏新材,1.功能性硅烷产业链概述 功能性硅烷与硅橡胶、硅油及硅树脂并称为有机硅材料四大门类。从结构上来说， 通常将主链为-Si-O-C-结构的有机硅小分子统称为功能性硅烷。从功能上来看，功能 性硅烷多为杂交结构，多数产品在同一个分子中同时含极性和非极性两类官能团， 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、用途非常广泛的助剂,功能性硅烷有不同的分类方法：按活性有机基团与 Si 的相对取代位置可分为-取 代和-取代两种类型；根据取代基种类分类，其中的含硫硅烷、氨基硅烷、乙烯基 硅烷、环氧硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷是国内生产和消

5、费较大的品种；按用途可分 为硅烷偶联剂和硅烷交联剂两大类,1.1.功能性硅烷产业链 目前功能性硅烷的生产工艺主要有两种：间接法工艺和直接法工艺。 硅烷偶联剂的主要生产方式为间接法。间接法以三氯氢硅为主要原料，与甲醇、乙 醇、氯丙烯、乙炔等原料分别进行反应，生成三烷氧基硅烷、氯丙基三氧硅烷、乙,烯基三氧硅烷、丙基三氧硅烷等中间体。中间体再与甲基丙烯酸钠、烯丙基缩水甘 油醚、多硫化物、液氮、甲醇、乙醇、丁酮肟等分别进行反应，可以得到各种功能 性硅烷，如环氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷、含硫硅烷、氨基硅烷以及乙烯基三甲氧 基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三丁酮肟基等功能性硅烷。间接法的优点是 产量较大且

6、可以将部分副产物进行循环利用，如氯化氢的循环利用。但间接法的生 产流程较长，原材料及设备投入较大，还存在氯的污染以及腐蚀问题。晨光新材、 宏柏新材、荆州江汉、新安股份是用间接法工艺的主要企业。 硅烷交联剂的主要生产方式为直接法。直接法以硅粉、甲醇或乙醇为生产原料，直 接合成三烷氧基硅烷（三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷等），再进一步进行反应生成环 氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷以及四乙氧基硅烷等功能性硅烷。直接法的优点是缩短 合成步骤、减少氯污染、降低产品杂质含量以及资源利用率高。但直接法的不足之 处在于直接法只能生产少量硅烷，产品存在数量限制。新蓝天是直接法生产功能性 硅烷的主要代表企业之一,硅烷偶联剂

7、的主要类型有含硫硅烷偶联剂、氨基硅烷、环氧基硅烷、乙烯基硅烷和 甲基丙烯酰氧基硅烷。硅烷交联剂的主要类型有脱醋酸型、脱肟型、脱丙酮型、脱 醇型以及脱氮甲基苯甲酰胺型,1.2.全球硅烷发展阶段 1.2.1. 早期阶段（19551985 年） 烷基和有机硅烷在早期发展非常缓慢。最初是甲基、乙烯基和氨基的硅烷，然后出 现的是环氧基的、异丁烯酰基和巯基的。烷氧基中最常见的是甲氧基，氨基硅烷提 供的是乙氧基，如道康宁公司的 Z6011/Silquest A-1100。在这些产品中，占主要比例的是三烷基的硅烷。这阶段硅烷的应用包括作为玻璃纤维和矿物填料的粘合剂。这 些通过硅烷处理的材料，加入塑料或树脂中，

8、强化合成材料的性能。多数技术开发 和实践是集中在玻璃纤维材料。并且，硅烷也被当作填料的粘合剂，例如用在绝缘 橡胶电缆中的陶土，加入硅烷作为偶联剂，改善填料和聚合物材料的粘合，提高合 成材料的疏水性。其他主要的应用是烷基和烷氧基硅烷被用在砖石建筑对水的排斥 性的表面处理上。 硅烷偶联剂最早于 1945 年前后由美国联碳（UC）和道康宁（Dow Corning）等公司 开发，最初应用于玻璃纤维的表面处理剂。我国在 1958 年由上海耀华玻璃厂研制出 中国第一条玻璃钢游艇，50 年代末配合玻璃钢厂发展，中科院化学所开始硅烷偶联 剂合成。 1.2.2. 快速发展期(19861999 年) 这个阶段硅烷

9、的应用有了快速发展。80 年代初，武汉大学化学厂成为首家国内专业 生产硅烷偶联剂工厂。90 年代初，Witco、武大、晨光院分别自主开发硅/醇直接法 合成，开创了硅烷绿色合成新路线。90 年代中后期，海外硅烷企业开始新一轮扩张， 1995 年奥斯佳（OSi，原 UCC 有机硅业务部）在美国锡斯特维尔扩建成 5000 吨/年 有机官能硅烷和 2500 吨含硫硅烷，1997 年凯尼卡在比利时的韦斯特洛乌弗尔建成 5000 吨/年聚醚硅氧烷，1998 年哥德施米特在德国埃森建成 5000 吨/年有机改性硅 氧烷。1999 年欧洲消耗的烷氧基硅烷达到,8000 吨。硅烷的应用领域包括，轮胎和 橡胶（占

10、比 56%）；玻璃纤维和塑料的强化（占比 23%）；填料和塑料偶联剂（占比 21%）。从市场份额来看，带有双硫醚硅烷用在绿色环保轮胎上发展最快。使用这种 技术保证了轮胎牵引性更好、节省燃料，比普通轮胎的耐久性更好。硅烷生产企业 发现，由于乙氧基硅烷比甲氧基硅烷的毒性小，易燃性小，因此生产的产品更安全。 然而，乙氧基基团的反应比甲氧基基团反应慢，因此，使用乙氧基硅烷的加工过程 慢。然而，一旦硅烷在水解环境或与矿物表面发生反应，烷氧基基团的这些固有特 性就不再成为问题。 1.2.3.成熟阶段（2000至今） 进入 21 世纪以来，硅烷偶联剂合成路线发展迅速成熟，我国逐渐步入先进行列，生 产、消费、

11、出口跃居世界第一。在这一阶段，市场上老的以及标准级别的产品竞争 更加激烈。新产品开发，例如低聚物硅烷给使用者提供了更多方便。这些材料制作 事先把硅烷水解，这样硅烷中部分或全部醇被移走，结果很有可能成为一个稳定的 水解的硅烷。混和的甲氧基和乙氧基硅烷提供了性能的互补，被用在电线和电缆中。 并且硅烷新产品和新开发的聚合物能产生更好的相互作用。 1.3.功能性硅烷的用途分类和应用 从功能上来看，功能性硅烷多为杂交结构，多数产品在同一个分子中同时含极性和 非极性两类官能团，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、用途非常广泛的助

12、剂。按用途可分为硅烷偶联剂和硅烷交联剂两大类。 硅烷偶联剂：是一类分子中同时含有两种不同化学性质的有机硅化合物，用以改善 聚合物与无机物实际粘接强度，这既可能是指真正粘接力的提高，也可能是指浸润 性、流变性和其它操作性能的改进。偶联剂还能对界面区域产生改性作用，以增强有机相与无机相的边界层。通过使用硅烷偶联剂，可在无机物质和有机物质的界面 之间架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起，形成有机基体-硅烷偶联 剂-无机基体的结合层，提高复合材料的性能和增加粘接强度。硅烷偶联剂广泛运用 于胶黏剂、涂料和油墨、橡胶、铸造、玻璃纤维、电缆、纺织、塑料、填料、表面 处理等行业。常见的硅烷偶联剂如：

13、含硫硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、环氧基硅 烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等,硅烷交联剂：是指含两个或两个以上硅官能团的硅烷，能在线型分子间起架桥作用， 从而使多个线型分子或轻度支链型大分子、高分子相互键合交联成三维网状结构， 促进或调解聚合物分子链间共价键或离子键的形成。交联剂是单组分室温硫化硅橡 胶的核心部分，是决定产品交联机理和分类命名的基础。根据缩合反应产物的不同， 可以把单组分室温硫化硅橡胶分为脱酸型、脱酮肟型、脱醇型、脱胺型、脱酰胺型、 脱丙酮型等不同类型。 含硫硅烷已成为我国功能性硅烷产量最大的品种，其次为各类交联剂，其他品种中 产量最大的依次为氨基硅烷、乙烯基硅烷和环氧基硅烷等。 表 1

14、：各类硅烷产量占比及主要生产企业,功能性硅烷品种众多，其用途主要根据官能团品种及结构决定，主要应用领域包括 复合材料、橡胶加工、塑料、粘合剂、涂料及表面处理等领域。目前硅烷已经经过 70 多年的应用历史，从最初的玻纤处理剂已经发展到如今在各个领域的广泛应用,硅烷产业链从海外向国内转移 上游自给配套，三氯氢硅技术成熟度高，生产优势形成 硅粉是三氯氢硅主要成本，三氯氢硅是制备功能性硅烷的主要原料。一般通过硅粉、 氯化氢为原料制备三氯氢硅，再通过三氯氢硅制备含硅的功能性硅烷。从总成本来 看，原材料占据三氯氢硅的主要成本。根据荆州江汉 6 万吨/年三氯氢硅的环保报告， 三氯氢硅主要原材料单耗，盐酸 2

15、.77 吨，硅粉 0.23 吨。从成本占比来看，硅粉是三 氯氢硅的主要成本。 表 2：三氯氢硅原材料消耗,图 5：2020 年三氯氢硅成本构成,图 6：三氯氢硅成本中硅粉占比,主要原料金属硅产能集中在中国，原材料配套形成成本优势。根据中国有色金属工 业协会硅业分会的统计，2020 年全球金属硅产能为 623 万吨，其中中国产能为 482 万吨，约占 77.4%。从成本上，中国金属硅平均完全成本在 10400 元/吨，海外金属 硅成本约在 1750 美元/吨，较国内高于超过 1000 元/吨。从产量上，2020 年中国金 属硅产量 210 万吨，约占全球产量的 69.3%，金属硅产量集中在中国、

16、中国具备低 成本金属硅优势，中国发展硅烷形成有利支撑，功能性硅烷产业链正在加速往中国 转移,图 7：2020 年全球金属硅产能分布,图 8：2020 年全球金属硅产量分布,图 9：中国金属硅成本曲线（元/吨,图 10：全球主要工业硅企业成本曲线（除中国,光伏带动三氯氢硅规模快速发展。2004 年国内三 氯氢硅仅 4280 吨/年，生产企业仅 四家，主要作为功能性硅烷的原料。进入 2005 年后，全球光伏市场爆发性增长带动多晶硅行业发展，国内多晶硅产量从 2002 年的 50 吨上升至 2013 年的 8 万吨，增长 1600 倍。国内光伏产业链的快速发展也推动三氯氢硅产能扩张，从 2004 年的 0.4万吨上升到 2013 年的 53 万吨,功能性硅烷价格下行，国外成本压力限制产能扩张，产能逐步成功向国内转移。功 能性硅烷伴随国内技术突破，从高利润逐步趋稳，国外厂商受制于成本和产业链配 套等因素产能扩张趋于停滞。而国内企业受益产业链配套和原料成本，产能逐步扩 大,图 11：多晶硅产量及同比增速（万吨,图 12：2012-2016 年中国三氯氢硅产能（万吨,2.2.政策利于有机硅行业国内