主要應用
合成樹脂最重要的應用是制造塑料。為便于加工和改善性能,常添加助劑,有時也直接用于加工成形,故常是塑料的同義語。合成樹脂還是制造合成纖維、塗料、膠粘劑、絕緣材料等的基礎原料。
2014年,全球聚乙烯産能将達到1.017億噸/年,比2013年增長4%。全球聚乙烯産量預計将上升5%,平均開工率預計将升至84.2%,比去年同期高出1個百分點。在2015年新建生産裝置投産之前,北美聚乙烯市場需求将繼續保持适度增長态勢,北美聚乙烯裝置開工率将維持在90%的高位。需求增長将使得北美聚乙烯産量超過2007年的曆史高點。在中東地區,伊朗計劃在今明兩年投産5座聚乙烯生産廠;阿聯酋也将在今年建成3座石化廠,新增大量聚乙烯産能。
2014年,全球聚丙烯産能将增長6.5%以上;全球聚丙烯産量也将上升,但增速比産能稍低,為4.9%。全球聚丙烯裝置平均開工率将下降0.8個百分點,至81.1%,這主要是由于新建裝置投産。全球新增聚丙烯産能大部分在中國。由于中國煤炭價格相對較低,且供應充足,因此中國新增聚丙烯産能主要是煤基聚丙烯。随着中國聚丙烯供應逐漸實現自給自足,聚丙烯出口商将不得不尋找替代市場。——2014年全球合成樹脂市場産能分析
然而,2014年全球聚氯乙烯市場卻充滿挑戰。懸浮聚氯乙烯産能将增長6%,增至5900萬噸/年。由于聚乙烯生産将削減産量以應對需求低迷,2014年全球聚氯乙烯裝置開工率預計僅為64.8%,比2013年滑落1.1個百分點。同時,全球聚氯乙烯市場需求預計将達4015萬噸,比上一年增長4.15%,這在一定程度上抵消了供應過剩的不利影響。
與全球聚氯乙烯行業類似,聚苯乙烯行業2014年前行的道路上也布滿荊棘。最大的問題是原料苯和乙烯的價格将會發生寬幅波動。
基本種類
合成樹脂種類繁多。
合成樹脂工業産品可分為通用樹脂和專用樹脂。通用樹脂産量大,成本低,一般用于通用消費品或耐用商品,代表性的品種有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS五大類合成樹脂;專用樹脂一般指為專門用途而生産的樹脂,産量較小,生産成本較高,例如可替代金屬用于機械、電子、汽車等部門,工程塑料就屬于專用樹脂的範疇。重要的工程塑料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚對苯二甲酸丁二醇酯、改性聚苯醚及聚四氟乙烯等。另一類專用樹脂是熱塑料彈性體,它具有類似橡膠的彈性,加熱時又可重複成型。
根據化學組成,合成樹脂又可大緻分為兩個類别:一種主鍊僅由脂肪族碳原子構成,通用樹脂基本屬于這一類别;另一種合成樹脂在主鍊中除碳原子外還含有氧、氮和硫等,大部分工程塑料是由雜鍊聚合物構成的。
根據工程性能,合成樹脂又可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。其差别主要來自于聚合物的化學組成和分子結構。熱塑性樹脂分子鍊結構為線型或帶支鍊型的,受熱後可塑化(或稱軟化、熔化)和流動,并可多次反複塑化成型。典型的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性樹脂可以快速成型,并可重複成型。熱固性樹脂屬立體型結構的高分子聚合物,在分子鍊中含有多官能團大分子,在有固化劑存在和受熱、加壓作用下可軟化(或熔化)并同時固化(或熟化)成為不溶、不熔的高聚物。通用的典型熱固性樹脂有苯酚-甲醛樹脂(俗稱酚醛樹脂)、脲-甲醛樹脂(俗稱脲醛樹脂)、三聚氰胺甲醛樹脂(俗稱密胺甲醛樹脂)、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯等。
生産方法
生産合成樹脂的原料來源豐富,早期以煤焦油産品和電石碳化鈣為主,現多以石油和天然氣的産品為主,如乙烯、丙烯、苯、甲醛及尿素等。合成樹脂的生産方法采用本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合、熔融聚合和界面縮聚等。
合成樹脂
合成樹脂為高分子化合物,是由低分子原料――單體(如乙烯、丙烯、氯乙烯等)通過聚合反應結合成大分子而生産的。工業上常用的聚合方法有本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合和溶液聚合4種。
本體聚合法
本體聚合是單體在引發劑或熱、光、輻射的作用下,不加其他介質進行的聚合過程。特點是産品純潔,不需複雜的分離、提純,操作較簡單,生産設備利用率高。可以直接生産管材、闆材等質品,故又稱塊狀聚合。缺點是物料粘度随着聚和反應的進行而不斷增加,混合和傳熱困難,反應器溫度不易控制。本體聚合法常用于聚加基丙烯酸甲酯(俗稱有機玻璃)、聚苯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯和聚酰胺等樹酯的生産。
懸浮聚合法
懸浮聚合是指單體在機械攪拌或振蕩和分散劑的作用下,單體分散成液滴,通常懸浮于水中進行的聚合過程,故又稱珠狀聚合。特點是:反應器内有大量水,物料粘度低,容易傳熱和控制;聚合後隻需經過簡單的分離、洗滌、幹燥等工序,即得樹脂産品,可直接用于成型加工;産品較純淨、均勻。缺點是反應器生産能力和産品純度不及本體聚合法,而且,不能采用連續法進行生産。懸浮聚合在工業上應用很廣。75%的聚氯乙稀樹脂采用懸浮聚合法,聚苯乙烯也主要采用懸浮聚合法生産。反應器也逐漸大型化。
乳液聚合法
乳液聚合是指借助乳化劑的作用,在機械攪拌或振蕩下,單體在水中形成乳液而進行的聚合.乳液聚合反應産物為膠乳,可直接應用,也可以把膠乳破壞,經洗滌、幹燥等後處理工序,得粉狀或針狀聚合物。乳液聚合可以在較高的反應速度下,獲得較高分子量的聚合物,物料的粘度低,易于傳熱和混合,生産容易控制,殘留單體容易除去。乳液聚合的缺點是聚合過程中加入的乳化劑等影響制品性能。為得到固體聚合物,耗用經過凝聚、分離、洗滌等工藝過程。反應器的生産能力比本體聚合法低。
溶液聚合法
溶液聚合是單體溶于适當溶劑中進行的聚合反應。形成的聚合物有時溶于溶劑,屬于典型的溶液聚合,産品可做塗料或膠粘劑。如果聚合物不溶于溶劑,稱為沉澱聚合或淤漿聚合,如生産固體聚合物需經沉澱、過濾、洗滌、幹燥才成為成品。在溶液聚合中,生産操作和反應溫度都易于控制,但都需要回收溶劑。工業溶液聚合可采用連續法合間歇法,大規模生産常采用連續法,如聚丙烯等。
加工方法
熱塑性樹脂的固化一般是通過将制品冷卻到玻璃化轉變溫度或熔點之下實現的,而熱固性樹脂是通過加熱發生形成網狀結構的化學反應來達到固化目的。主要加工方法有擠出、壓塑、注塑、吹塑、滾塑、反應注塑、熱成型、發泡等。
中國現狀
2013年我國合成樹脂生産企業接近830家,産量5 837萬噸,同比增長9.5%。
近年來工程合成樹脂工業的發展勢頭強勁,産量增速明顯快于通用合成樹脂增速,導緻五大通用合成樹脂産量在合成樹脂總産量中的比例呈下降趨勢,由2010年的84.1%降至2013年的79.5%。
盡管如此,2013年五大合成樹脂仍保持了較快的擴能速度,随着武漢大型乙烯裝置及甯波富德外購甲醇制丙烯項目等的投産,國内五大合成樹脂産能大幅增加,到2013年年底五大合成樹脂的産能達到6 400萬噸/年以上。受市場回暖和新建裝置産能釋放的影響,2013年國内五大合成樹脂産量約為4 662萬噸,同比增長11.1%。其中,聚乙烯産量為1 124.3萬噸,同比增加7.3%;聚丙烯産量1 262萬噸,同比增長9.6%;聚氯乙烯産量為1 530萬噸,同比增長16.1%。
我國合成樹脂工業在國産化催化劑、工藝及裝備開發等方面取得令人矚目的成就。和國外先進水平相比,我國合成樹脂工業仍存在一定差距。新建的合成樹脂特大型裝置不少還要依靠引進技術,為生産高端産品一些裝置還必須購買國外的催化劑;國内一些高端産品數量不能滿足市場需求,如國内棚膜用樹脂牌号少,産量低,遠不能滿足功能棚膜生産需求,進口原料占50%左右;國産PP-R管材料與進口料比較還有一定差距,質量有待改進和提高。
世界合成樹脂工業面臨來自中東低成本産品的競争,為應對競争,世界大型樹脂生産公司正在将資産向低成本原料的中東地區配置;建設世界級大規模生産裝置,充分利用規模效益;采用更先進的催化劑、工藝技術和更先進的計算機控制、優化及管理方案。樹脂行業競争激烈。在這種形勢下,我國樹脂行業應進一步加強自主創新能力,更好地消化吸收引進技術,更多生産中東裝置不能生産的高端産品,千方百計降低生産成本,應對中東、周邊國家和各大跨國公司合成樹脂産品的競争。
發展前景
随着世界經濟格局的變化、美國能源結構的大幅調整以及我國經濟增長方式的改變,在節能環保的大環境下,化工市場競争格局變化和需求升級都将帶來産業的巨大變化。
從合成樹脂上遊裝置原料來看,更趨于多元化、輕質化,以提高産品的競争力。從需求端來看,對合成樹脂産品提出了綠色、功能化、差異化的要求。從貿易來看,由于美國頁岩氣給其化工産業帶來的低成本優勢,未來将加大對中國的出口。從國内競争格局看,煤化工、丙烷脫氫制丙烯、甲醇制烯烴都将給傳統的石化行業帶來巨大挑戰。短期來看,國内合成樹脂生産能力增長較大,而需求繼續低迷,2~3年内合成樹脂還将處于微利時期。
面對嚴峻的市場,我國合成樹脂要走技術創新之路。我國合成樹脂企業一要提高産品的技術含量,突破高技術壁壘,鎖定用戶;二要加強産品的技術服務和售後服務,讓用戶在購買成本合适的前提下性價比最高;三要提高産品質量,企業可選擇有競争力的用戶進行走訪,量身定做産品,根據對方要求加強質量管理、增加認證等,綁定高端客戶。