含氟聚合物将迎来爆发式增长?
含氟聚合物是近几年国家政策一直鼓励和扶持的产业,也始终受到行业的较高关注。未来中国含氟聚合物可能会出现爆发式增长,新产品及高性能含氟材料产业规模将会出现质的飞跃。
一、什么是含氟聚合物?有哪些特性?
含氟聚合物是指高分子聚合物中与C-C键相连接的氢原子全部或部分被氟原子所取代的一类聚合物,其由含氟单体通过均聚或者共聚所得。由于氟原子的独特性质,含氟聚合物具有许多优异的性能,在众多领域都有广泛的应用。
表1含氟聚合物主要性能特点汇总
二、含氟聚合物有哪些类型的代表产品?
按氟单体来源进行划分,含氟聚合物主要分为四氟乙烯系和偏氟乙烯系两大类。四氟乙烯系列是用氟化氢和三氯甲烷,制备二氟一氯甲烷,再制备四氟乙烯,用四氟乙烯为聚合单体的含氟聚合物生产。而偏氟乙烯系列是用乙炔为原料制备偏氟乙烯,再聚合得到的。
四氟乙烯系列产品:聚四氟乙烯(PTFE)、如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基树脂(PFA)、四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(THV)、可溶性聚四氟乙烯等。
偏氟乙烯系列产品:聚偏氟乙烯(PVDF)、氟橡胶(FKM)、聚氟醚橡胶等。
特种含氟聚合物产品:四氟乙烯-六氟丙烯共聚纤维、乙烯-三氟氯乙烯共聚纤维、含氟聚酰亚胺薄膜、全氟磺酸离子交换膜、氟碳表面活性剂、三氟氯乙烯共聚物(FEVE)、全氟聚醚羧酸铵等。
图1全球含氟聚合需求结构
三、为什么含氟聚合物一直发展缓慢?
相较于其他化工产业,含氟聚合物在中国的发展略显缓慢,虽然有诸多政策扶持和鼓励,但是发展仍然不够系统化、不够规模化。造成含氟聚合物产业发展缓慢的原因,在于技术、成本及市场等方面的诸多因素。
政策法规的影响:由于全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)具有持久性、迁移性和生物累积性,对环境和人体健康存在潜在风险,许多含氟聚合物被纳入PFAS管控范围,如欧盟德国等五国提交的PFAS限制提案,覆盖上万种含氟化合物。另外,在含氟聚合物生产过程中,一些传统的加工助剂和工艺可能会产生污染物或对环境造成影响,这些在政策法规里均有一定的限制。
技术发展受限:目前全球超过90%的含氟聚合物都是通过自由基聚合合成,传统的自由基聚合难以有效控制含氟聚合物的分子量和分子量分布,难以实现对不同化学结构的定制化合成。另外,主链含氟均聚物通常具有高结晶度,使其在加工、塑型、后处理等方面操作困难。
研发方面,开发新型含氟聚合物或改进现有含氟聚合物的性能需要大量的资金和人力投入。如果是从基础理论研究开始,探索全新的含氟聚合物结构和性能,可能需要3-5年甚至更久,这还不包括应用开发、产业化所需要的时间,一般企业无法承担如此大的成本,导致对于含氟聚合物的新产品研发相对缓慢,不过未来借助AI等科学手段,这一情况可能得到较大改善。
成本影响:一些含氟单体的生产工艺复杂,生产成本较高,导致含氟聚合物的价格相对较高。含氟聚合物的生产过程往往需要在高温、高压等特殊条件下进行,且对设备的要求较高,需要使用耐腐蚀、耐高压的特殊材质设备,设备投资和维护成本高。这些导致单体成本高,下游产品的成本自然水涨船高。
以聚四氟乙烯(PTFE)管材和普通聚乙烯(PE)管材为例,普通PE管材每吨价格可能在1万元左右,而PTFE管材每吨价格通常在3-5万元,含氟聚合物管材成本比普通聚合物管材高出200%-400%。含氟橡胶密封件的成本通常是普通丁腈橡胶密封件的3-10倍。普通丁腈橡胶密封件每个可能在几元到十几元,而含氟橡胶密封件每个可能是几十元到上百元,含氟聚合物密封件成本高出200%-900%。含氟涂料由于其优异的耐候性和耐腐蚀性,价格较高。普通丙烯酸涂料每升价格可能在20-50元,而含氟涂料每升价格可能在80-200元,含氟聚合物涂料成本比普通聚合物涂料高出300%-900%。
图2不同应用领域中含氟聚合物跟普通材料的成本差距
市场应用限制:含氟聚合物主要集中在高端材料领域,如半导体光刻胶领域,半导体封装材料、密封件领域,新能源锂电池、燃料电池及太阳能光伏电池领域,航空航天密封件、涂层及电线电缆领域,医疗器械、包装及医疗涂层领域,5G电子绝缘层领域。这些领域在中国消费市场中均属于高端领域,市场进入壁垒高,消费体量整体不算大。高端消费市场的属性,制约了众多一般企业的进入。
四、未来哪些含氟聚合物会迎来爆发式增长?
含氟聚合物的市场需求与下游行业的发展密切相关,如新能源、电子信息等行业,这些行业的发展受宏观经济、政策等因素影响较大。
另外,随着AI与化工的深度融合,有望加速技术的高速发展,从而有效降低生产成本,可以适应更多更广泛的消费市场,驱动含氟聚合物产业的高速发展。
未来可能呈现高速发展的含氟聚合物,需要具备高端化发展特征,技术壁垒在未来短期内有明显降低的趋势,消费市场呈现快速扩大化趋势,如高端的聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、可溶性聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟磺酸离子交换膜、全氟醚橡胶、聚偏氟乙烯等。
企业选择含氟聚合物的发展最好要考虑产业链优先原则,与自身产业链的配套发展,是降低成本与风险的关键方式之一。另外,还需要密切关注消费市场的变化,某些小众含氟聚合物材料的异军突起可能与此密切相关。
来源:化工平头哥