內容編輯 經過60多年的發展，我國有機硅產業已完成了基礎建設，開始向下游高端領域進發，機遇與挑戰并存。產業發展的機遇在于，一系列高性能有機硅下游產品在一些新興領域的應用前景不斷拓寬，而隨著原料成本的降低，原本是陽春白雪的硅橡膠、硅油等產品更多地進入了尋常百姓家，帶動產業規模不斷擴大；但與此同時，產業面臨的挑戰依然嚴峻，有機硅單體產能過剩、高端產品匱乏、自主創新能力薄弱等問題依然是掣肘。
那么，有機硅產業該如何清除發展中的障礙？業內專家給出了建議：從“上下”兩頭入手。
一，提高效率上新技術
氯甲烷單體轉化率僅國外一半
常溫直接合成工藝成關注重點
據中國氟硅有機材料工業協會有機硅專委會秘書長楊曉勇介紹，我國有機硅產業起步于上世紀50年代，經過60多年的發展，產業規模和技術水平都取得長足進步，主要產品從大部分依賴進口到可以自給自足，且部分產品還有出口。特別是近10年，行業技術水平提升較快，與國外先進水平的差距不斷縮小。中國氟硅有機材料工業協會提供的一份資料顯示：我國已成為有機硅產品生產大國，2013年有機硅單體產能已達到220萬噸，處于結構性過剩狀態；產量達到160萬噸，占全球總產量的30%以上；表觀消費量為160萬噸，成為世界最大有機硅產品消費國，自給率超過95%。
（在業內人士看來，有機硅在消費品領域的應用前景廣闊。圖為國內首個用有機硅材料制作的女士手包。[企業供圖]）
“雖然我國主要有機硅產品實現了國產化，但許多高性能的專用產品仍缺乏，特別是應用在國防軍工等高技術領域的材料依舊被國外公司所壟斷，極大阻礙了我國高技術領域的發展。”楊曉勇表示。
如何化解基礎、通用型產品過剩與高端產品不足的矛盾，提升產業競爭力？楊曉勇認為，從技術角度講，首先是要在上游有機硅單體的合成上做工作，開發新型高效流化床反應器、開展單體合成工藝的技術研究，提高初級產率和氯甲烷轉化率、降低物耗能耗。
他告訴中國化工報記者，我國在有機硅單體生產上，無論是流化床的設計還是合成工藝，都與國外先進水平存在巨大差距，特別是體現在初級產率和單體轉化率上。比如，我國氯甲烷的單體轉化率普遍只有30%左右，而國外先進水平卻能達到60%～70%。同樣進去一批原料，我國裝置產出的產品量只有國外的一半，這就意味著我們要對氯甲烷進行反復回收，消耗大量能源。具體看，我國中等偏上的有機硅裝置綜合能耗水平比國外高出30%，水平低的甚至比國外高出2倍以上。
另據了解，我國目前采用的甲基苯基硅氧烷合成技術，在反應過程中會產生多氯聯苯，分離提純困難，而其純度不高也會影響下游的硅膠在一些高技術領域的應用。因此，開發非氯硅烷的甲基苯基硅氧烷合成路線勢在必行。
如果說有機硅單體技術還只是在原來合成路線上做些改動，更具挑戰性的則是國際上正悄然興起的一個全新的顛覆性合成工藝——它不需將硅石高溫還原成單質硅，再與鹵代烴反應制得硅鹵烷，而是在常溫下將硅石電解與甲醇反應直接合成硅氧烷單體。
“2014年3月18日，美國一家網站公開發表了鮑爾州立大學化學系研究人員的研究成果：在室溫下采用電化學的方法，以正己烷作溶劑，將硅石與甲醇反應，直接獲得D3、D4和D5硅氧烷單體混合環體，甲醇轉化率幾乎是100%，而反應電壓只有2.7～3V。我看到這條消息有些震驚，這個技術一旦開發成功，將給全球有機硅產業帶來革命性變革。新工藝直接用硅石原料，省去了電解還原金屬硅的步驟，這樣就能大大降低有機硅單體合成的能源消耗，成本也會隨之大幅降低。如果未來三五年這一技術實現工業化，對我國現有的機硅單體生產企業將是巨大的沖擊。”楊曉勇不無擔憂地說。
中國化工報記者了解到，除了美國，日本也在2012年啟動了“綠色可持續發展化學”計劃，撥款32.5億日元，先期啟動的兩個項目之一就是硅石直接合成有機硅單體的研究。
“這方面的信息我們早就關注到了，協會也一直在考慮成立一個產業技術聯盟開展相關工作。但沒想到的是，國外的研究工作進展這么快，而且合成條件這么溫和簡單。”楊曉勇表示，“我們一定要高度重視這一技術的進展情況，盡快組織起研究所、高校和企業共同參與的產業技術聯盟，開展相關研究工作。這是一項戰略性和前瞻性的研究課題，是節約資源、綠色環保、降低成本的重大技術創新，是有機硅行業要想實現可持續發展必須做好的工作。”
（硅橡膠密封件產品）
二，加快石油基材料替代
替代石油基優勢互補前景廣闊
共聚改性可降低成本提升性能
在化學元素周期表中，C（碳）和Si（硅）屬同族元素，但在石油資源被人類利用了100多年后的今天，有機碳材料和有機硅材料卻面臨完全不同的命運：以石油基為原料的碳基高分子材料正受到原油供應緊張的威脅，產品價格逐年上漲，資源匱乏的壓力越來越大；而以二氧化硅（主要來自于石頭和沙子）為原料的硅基高分子材料，受益于技術進步和新工藝開發，產品價格逐步下降，而材料性能卻不斷提升。在高分子材料上，Si元素對C元素的競爭性替代已經拉開帷幕。早在8年前就有人指出，有機硅將成為未來高分子材料的王者。這樣的預言，目前正轉化為現實。
楊曉勇認為，替代石油基合成材料是有機硅產業的一個重要發展方向。2013年我國石油對外依存度達到58.1%，石油供應安全風險不言而喻。而有機硅以金屬硅、煤炭和海鹽為原料，完全不依賴石油和天然氣，而且有機硅高分子材料的許多性能與石油基合成材料相近或存在優勢互補，是后者理想的替代品。目前，我國已在有機硅密封材料、導熱材料和絕緣材料以及通用橡膠和塑料的改性方面取得了較大進展，未來在醫療用品、運動器材以及導熱、絕緣、密封等領域將逐步發揮作用。
楊曉勇進一步強調，以硅石為原料直接合成有機硅單體的工藝一旦開發成功，有機硅合成材料的價格將大幅下降，現在賣十幾元1千克的產品將來可能降到幾元錢，這會極大刺激下游需求的增長，為有機硅產業在石油基替代領域的發展打開巨大空間。
王躍林則向中國化工報記者談到：“近些年，有機硅橡膠替代合成橡膠和天然膠的可能性在加大，這主要體現在價格優勢上。每噸三元乙丙膠在2011年時最高賣到5.5萬元，現在為2萬～3萬元。而目前每噸硅橡膠的價格只有1.7萬～1.8萬元。在替代合成橡膠和天然橡膠方面，硅橡膠的一個缺點是強度不夠；但在一些強度要求不高的領域，比如汽車膠、門窗密封膠以及電纜等產品上，有機硅橡膠有許多替代機會。”
石油和化學工業規劃院院長助理張方也持有相同觀點。他認為，一方面，過去幾年間，硅橡膠與天然橡膠、石油基合成橡膠的價格出現逆轉，使得原本價格懸殊的兩種材料在使用成本上相差無幾；另一方面，硅橡膠是傳統意義上的高性能特種橡膠，具有非常優良的綜合性能，在適當調整混煉配方和成型工藝的前提下，可在眾多領域替代石油基合成橡膠和天然橡膠。張方預測，到2020年，硅橡膠占橡膠消費總量的比例有望達到30%左右，我國橡膠消費結構將出現天然橡膠、石油基合成橡膠和硅橡膠三足鼎立的局面。
張方還提到，硅材料與石油基材料融合發展已是大勢所趨，用有機硅對丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂進行共聚改性，可節省部分石油基材料，又可大幅提升石油基材料的耐溫性、韌性、自潔性，一舉兩得。
（上月底在北京召開的2014年氟硅產業發展與合作交流大會上，與會者對專家的演講內容產生了濃厚的興趣，舉起手機拍照。）
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