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        中國含氟精細化學品的發展現狀綜述(下篇)

        (接上篇)

        五、含氟表面活性劑的發展現狀

        目前含氟表面活性劑及功能制劑主要以全氟烷基系列表面活性劑,產能在3000噸/年左右。主要用于織物整理、食品包裝、餐盒、消防滅火、油田開采等領域。早期使用的含氟表面活性劑以全氟辛基類(C8類)為主。

        全氟辛基大分子有機物由于同時具備疏油、疏水、拒污等特性,被廣泛用于生產紡織品、皮革制品、家具、石材和地毯等表面防污處理劑。全氟辛酸及其鹽類 (以下簡稱PFOA)主要應用于含氟聚合物的合成。上述含氟材料涉及的全氟辛磺酸及其鹽(PFOS)和全氟辛酸及其鹽類(PFOA)由于具有持久性污染、生物累積性和毒性,都已經列入斯德哥爾摩公約禁止使用和限期淘汰計劃,因此,在全球范圍內受到了嚴格管理,除了特定豁免用途或特定用途外,逐步在市場上被淘汰。近年來這種淘汰計劃已經延伸到C6和C9-C14全氟化學品。

        2017年6月14日,歐盟在其官方公報上發布 (EU)2017/1000,新增REACH法規附件XVII第68項關于全氟辛酸 (PFOA)的限制條款,正式將PFOA及其鹽類和相關物質納入 REACH法規限制清單。規定:自2020年7月4日起,該物質本身不得生產或投放市場。自2020年7月4日起,當PFOA及其鹽類物質含量≥25ppb或者PFOA相關物質單項或者多項的總量≥1000ppb時,以下用途不得用于生產或投放市場。

        2019年,持久性有機污染物審查委員會將全氟辛酸、其鹽類及其相關化合物列入《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》附件A,并給予特定豁免的建議2。

        2020年,歐盟化學品管理局(ECHA)的社會經濟分析委員會(SEAC)支持挪威關于限制使用全氟己烷-1-磺酸(PFHxS)的提議,可能為了防止它被用作全氟辛酸(PFOA)的替代品。

        2021年8月5日,歐盟委員會在官方公報上發布了有關修訂REACH法規(EC) 1907/2006附件XVII的修訂案-法規(EU) 2021/1297,原第68項有關全氟辛酸(PFOA)及其鹽類的限制內容將被含9至14個碳原子的全氟羧酸(簡稱C9-C14 PFCA)及其鹽類和相關物質的限制要求所取代。該法規將于官方公報公布后第20天生效。

        在含氟三防整理劑領域,國內已有多家企業生產含氟織物整理劑及其相應單體,其產能規模占全球產能50%以上,含氟單體從C8朝著C6進行迭代更新。C6、C8。食品包裝、餐盒領域的含氟處理劑消費量已達到2000噸。

        在氟樹脂制造領域,我國基本實現在氟聚合物(PTFE、FEP、PVDF等聚合物)中分散聚合用分散劑基本已經淘汰全氟辛酸,而采用替代品技術。

        含氟表面處理劑以及相關含氟織物整理劑未來發展方向,對于含氟單體而言,一方面是要開發可替代C8的新型含氟單體,需要在含氟單體的分子結構設計與合成技術上進行突破,發展高純度C6與C4單體合成工藝,除此之外,還要大力開展具有特殊支化、含有雜原子、不完全氟代等結構的環保型單體開發,研究其結構與性能的關系,確定單體結構對其穩定的防水防油性能的影響機制,優化合成工藝,降低三廢排放,開發安全、綠色、高效的合成技術路線。發展基于新型綠色氟單體的含氟織物整理劑合成技術,降低有機溶劑的使用量,開發先進的分散與乳液聚合工藝,實現含氟織物整理劑的高效綠色合成。

        六、含氟液晶材料、含氟染料及其中間體的發展現狀

        TFT-LCD 液晶材料多以氟原子或含氟基團作為極性基端,或在側鏈、橋鍵引入氟原子的化合物。氟原子的引入因其強電負性,有利于增加介電各向異性值,降低粘度和拓寬向列相溫度,有效縮短了響應時間。含氟液晶材料能有效提升平板顯示器材的響應速度,降低功耗并使其具有更大的對比度和廣角視野,是戰略性新興產業中新型顯示和新材料的重點發展方向。

        當前全球的TFT液晶年需求量960噸,其中含氟液晶占比60%以上,隨著人工智能發展,對含氟液晶的快速響應、工作溫度范圍、顯示視角、穩定性等顯示性能提出了更高的要求,同時含氟液晶在非顯示領域的應用也將快速發展,開發擁有自主知識產權的含氟液晶分子結構和混合液晶配方是未來發展趨勢。

        由于含氟液晶材料生產存在雜質不易控制,提純比較困難等問題,而TFT-LCD面板對快速響應、工作溫度范圍、顯示視角、穩定性等顯示性能的高標準,對液晶的旋轉粘質、極性、電荷保持率等參數的要求很高,且下游液晶面板廠商對液晶材料的認證往往需要三四年的時間,存在較高的技術壁壘和客戶壁壘。目前,終端TFT混合液晶產品的市場仍主要由德國默克、日本智索和日本油墨化學三家掌控,占90%以上市場份額。我國部分企業在含氟液晶單體領域已實現產業化生產,有利于推動我國液晶材料的開發與發展。

        含氟染料主要用于活性染料領域?;钚匀玖媳戎苯尤玖细喂?,比還原染料更經濟,比冰染染料更趨于生態化。但是普通活性染料最大的缺點是不能獲得令人滿意的固色率,同時還會產生不易處理且色度較深的染色廢液,這也成為制約活性染料發展的瓶頸。而含氟活性染料的優點恰恰在于具有較高的固色率,既能提高染料的利用率,又能減輕印染過程中的環境污染,因此含氟活性染料成為染料工業的熱點領域和前沿領域。

        我國少數企業在含氟活性染料及其主要中間體三聚氟氰,已經實現工業化生產。三聚氟氰的國產化有助于加快我國在氟代均三嗪活性染料的研發和產業化進程。

        七、鋰電用含氟精細化學品的發展現狀

        鋰電用含氟精細化學品主要指的是鋰離子電池電解液中的含氟鋰鹽電解質(如六氟磷酸鋰LiPF6、雙氟磺酰亞胺鋰LiFSI、二氟磷酸鋰LiPO2F2等)、各種添加劑(FEC、氟苯、全氟丁基磺酸鉀、乙氧基五氟環三磷腈、四氟硼酸鋰(LiBF4),二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)等。

        六氟磷酸鋰LiPF6是目前鋰離子電池電解液的主要成分,主要作用是保證電池在充放電過程中有充足的鋰離子實現充放電循環。由于其溶解度、電化學穩定性、電導率、高低溫性能、循環壽命等各項性能指標都比較均衡,因而得到了廣泛的商業應用。

        截至2021年底,國內的六氟磷酸鋰產能約為9.4萬噸,到2022年底產能預計達到28.2萬噸,較2021年底產能將增加18.8萬噸。根據公布的信息顯示,預計到2025年,六氟磷酸鋰新建產能將接近90萬噸。

        六氟磷酸鋰LiPF6下游市場較單一,僅供鋰電電解液廠商使用。但因為添加量、添加劑、溶劑的配比不同,電解液的應用多種多樣,不同的電解液又會根據其性能的不同制造成性能各異的鋰離子電池,因此添加量也會有所不同。采用鋰鹽 LiPF6生產的電解液主要用于新能源汽車動力電池領域,3C電子的消費電池領域以及儲能電池領域。

         

        電解液中,一般六氟磷酸鋰占電解液成本比重約為 43%,溶劑占電解液成本比重約為 30%,添加劑成本約占 11%,合計原材料成本占比超過 80%,故可通過布局鋰鹽等原材料降低成本。鋰鹽制造企業已重點發力在產業鏈精細布局和管理,實現縱向降低制造成本,鑄造競爭壁壘。

        考慮到未來鋰電池高鎳、高電壓趨勢明顯,對鋰電池安全性、能量密度等指標要求將逐步提升,但是六氟磷酸鋰仍存在熱穩定性較差,較易水解,容易造成電池容量快速衰減并帶來安全隱患、極易吸潮分解釋放出有害氣體氟化氫的問題,未來可能不足以滿足各項要求。而新型電解液溶質鋰鹽往往具有更高的熱穩定性、熱力學穩定性和高低溫放電性能,物化性能優于六氟磷酸鋰,能夠更好的滿足鋰電池的發展趨勢。將新型鋰鹽應用于鋰離子電池可拓寬電池的使用溫度,提升循環壽命和安全性,在動力電池高能量密度、高安全性的需求環境下,新型鋰鹽是未來發展的重要方向。例如雙氟磺酰亞胺鋰LiFSI,四氟硼酸鋰(LiBF4),二草酸硼酸鋰(LiBOB),二氟磷酸鋰LiPO2F2,二氟草酸硼酸鋰LiPDFOB等。

        以LiFSI為首的新型鋰鹽的物化性能優于六氟磷酸鋰,但目前受制于技術壁壘和高成本,市場價格較為昂貴,目前還未實現大規模商業化應用。在鋰電池高能量密度、高安全性的需求環境下,新型鋰鹽前景較好。

        據不完全統計,2021年底,我國LiFSI產能6500噸,約占全球產能的90%,遠超日韓。至2022年5月份,國內仍有15萬噸新建規劃產能,我國將繼續主導LiFSI的生產,預計至2025年,總產能會達到15.65萬噸。

        若將LiFSI作為通用鋰鹽添加劑,2025年需求量將達到13萬噸,市場規模約103億。若將LiFSI作為溶質來替代現有的鋰鹽,2025年需求量將達到21萬噸,市場規模高達170億元。

        八、環保型含氟滅火劑的發展現狀

        含氟滅火劑主要朝著低GWP的方向發展,其中全氟己酮隨著生產產業化和市場推廣,已被終端接受和認可。國內已有多家氟化工企業獨立開發出全氟己酮滅火劑產品,主要采用的技術路線是六氟丙烯為原料,經過齊聚反應、氧化反應、異構化反應得到的全氟己酮。截至2021年底,現有全氟己酮的產能大約5000噸。預計到2023年底,全氟己酮產能將達到20000噸。

        隨著中國企業科技水平提升,國內企業相繼獲得有自主知識產權的產品,形成初具規模的產業,已經有中國制造的全氟己酮產品打破國外壟斷出口歐洲、中東、東南亞等地區。國家標準計劃《全氟己酮滅火劑》征求意見稿正在征詢公示中,標準的規范有利于進一步指導全氟己酮滅火裝備和滅火系統的開發,促進全氟己酮在國內消防領域的推廣應用。全氟己酮滅火技術在國外有已經有近20年發展歷史,在國內的發展則剛剛起步,國內已針對全氟己酮的理化特征開發各類新型滅火裝備。

        九、結束語

        (一)含氟精細化學品的產業特點

        屬于由基本氟化工生產的初級或次級化學品經過深加工而制取的具有特定用途、技術密集、附加值高、小批量生產的系列含氟產品。含氟精細化學品生產、投資等有以下特點:

        --技術密集型。生產過程流程長、單元反應多、原料復雜、研發成本高、成功率低,技術保密性強、專利壟斷性強。

        --批量小、品種多、復配型居多。同一品種,不同廠家采用不同的工藝流程;從原料、反應原理到生產工藝組合不盡相同。

        --間歇或多功能操作工藝。一般或特殊要求的精細化工生產設備;多功能生產裝置;柔性生產系統發展。

        --投資利潤率高。含氟精細化學品的產量小,固定資產投資比例相對較少,含氟精細化學品的附加值高,利潤率高。據統計,由基礎原料螢石加工氫氟酸、氟氫烴、氟單體、氟聚合物、氟共聚物,最終產品為氟精細化學品,產值增加500-5000倍。

        --主要問題。生產技術綜合水平較低;生產規模較小,集中度低,產品結構簡單;基礎氟化工過剩,高端含氟精細化學品缺乏。

        (二)含氟精細化學品的發展趨勢

        1)含氟精細化學品是“十四五”期間氟化工產業結構調整的重點突破方向。

        2)新型含氟農藥、醫藥、液晶的中間體,含氟特氣,含氟表面活性劑、新能源材料等領域所需含氟精細化學品的發展明顯加快。

        3)我國初級含氟精細化學品(如氟苯、三氟甲基苯、三氟乙醇、三氟乙酸(酯)、六氟環氧丙烷和六氟化硫等)的生產技術水平向國外先進公司看齊,產品單耗、能耗得到有效降低。

        4)我國含氟烯醚、含氟脂肪族中間體、含氟雜環化合物和含氟液晶中間體等領域,涌現出一系列具有國際市場競爭力的產品,為我國戰略性新興產業的發展(如:藥物、新能源、航天航空等)提供了強有力支持。

        5)我國氟精細產業總體處于成長期。在國際上,精細氟化工在整個氟化工行業中的占比約70%,我國精細氟化工在整個氟化工行業中的占比約20%,發展空間巨大,企業關注、投資含氟精細化學品領域,可預期收益可觀。

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