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良好性能造就的“超级塑料”聚砜,呈结构性过剩局面,高端化将是破解之道

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-10-12 09:07:15

聚砜(Polysulfone,缩写PSF)是一类耐高温以及高机械强度的工程塑料,并具有超高的耐热性和优良的综合性能,被誉为“高级工程塑料”。

聚砜通常包括普通双酚A型聚砜(PSU)、聚芳砜(PASF)以及聚醚砜(PES)三种;另有聚亚苯基砜树脂(PPSU)等其他分支。其中双酚A聚砜以及聚醚砜具有良好的热稳定性和尺寸稳定性,和耐水解和耐热等性能,应用较为广泛。

聚砜制备分为一步法和二步法,其中一步法工艺最为先进,二步法是当前工业制备的主要方法。一步法是用碳酸氢钾或碳酸钾代替氢氧化钠合成聚砜,可以缩短合成步骤和反应时间,避免脱水工序,在提高产量方面很有潜力。两步法是通过非水溶性烃类溶剂回流带水,促使双酚A与强碱反应生成双酚盐,蒸干非水溶性烃类溶剂后,再与4,4'-二氯二苯砜在非质子极性溶剂中聚合得到聚砜。目前因技术受限,中国聚砜生产企业主要采取两步法工艺。

1、海外聚砜供应略有下降,国内产能扩张迅速

2022年全球聚砜总产能8.7万吨/年,主要生产企业为索尔维和巴斯夫,两家企业生产能力合计5.6万吨/年,占全球总产能的64%。2022年由于欧洲地缘政治、能源危机等因素影响,德国巴斯夫聚砜的生产受到较大影响,导致海外供应减少。2022年全球聚砜产量约为6.8万吨,开工率为78%。

未来5年,全球聚砜新建项目主要集中在美国和中国。索尔维计划2024年将公司位于俄亥俄州玛丽埃塔的生产基地的聚砜产能增加25%以上,其中大部分增长预计将在2023年内实现。

良好性能造就的“超级塑料”聚砜,呈结构性过剩局面,高端化将是破解之道

近几年,国内以优巨新材为代表的企业经过多年研究逐步实现了聚砜的量产,打破国外垄断。2022年,中国有12家聚砜生产企业,合计产能和产量分别达到2.52万吨/年和4,550吨,同比上涨38.5%和31.4%,但行业平均开工率仅18.1%。2022年中国新增7,000吨/年聚砜产能,包括沃特股份6,000吨/年和金海新能源1,000吨/年这2个新装置。

优巨新材是国内聚砜龙头企业,其聚砜产品的技术指标、产品质量等获得国内外客户的广泛认可,下游客户采购数量增加,替代部分进口产品,国内外市场销售收入不断提升。此外,优巨新材在近几年实现了PES上游关键原料双酚S的批量生产,自主生产的双酚S为保质保量生产PES提供了必要支撑。

2023年,中国预计投产的聚砜树脂项目包括沃特股份重庆基地聚砜三期4,000吨/年项目、山东浩然特塑扩建3,000吨/年项目和清研高分子新建1万吨/年项目,中国聚砜产能将达到约4.2万吨/年。

中长期来看,国内聚砜规划产能超过4万吨/年。优巨新材有超过1万吨/年的聚砜扩建计划,目前处于集资阶段,新生产线将致力于聚砜更高端的市场应用,重点突破血液透析膜等高附加值产品。鹏孚隆、金海新能源的扩产计划预计在2024-2025年投产。此外,还有来自吉林鼎言化工、东营华联、大连齐化新材料等新进入企业的拟建计划。

2、新能源汽车和医疗器械领域消费提速,国内高端产品仍存缺口

目前全球聚砜在医疗器械、机械工业、交通运输、电子电气领域的份额总计约为70%。新能源汽车的快速发展对聚砜的消费带动较大;受益于良好的生物相容性,聚砜在医疗器械领域的消费也有所增长。

全球范围内聚砜市场主要集中在北美、欧洲和亚太地区。欧洲消费主要来自法国、德国、意大利和英国;亚太地区主要来自中国、日本和韩国;北美地区则以美国为主。目前北美市场在全球份额中处于领先地位,归因于聚砜材料在各种医疗设备应用中的日益普及,以及北美国家对汽车的需求增加。

2022年,我国聚砜表观消费量约为1.3万吨,同比增长11.2%,主要应用于医疗器械、电子电气、机械工业、交通运输等领域。医疗器械是聚砜的第一大应用领域,目前国内医疗健康的发展对医疗耗材的消费仍在增加,促进了聚砜在医疗器械领域消费的快速增长。

国内聚砜行业整体呈现结构性过剩局面。国产聚砜产品受限于技术水平,主要聚焦在中低端应用,高端市场仍由国外企业占据。2022年国内市场仍有8,200吨供应缺口,占总消费量的约63%。预计2023年我国聚砜消费量预计将达约1.4万吨,同比增长11%。

3、聚砜国产化进程加快,市场尚存较大空间

聚砜的工业制备通常采用法纳姆(Farnham)的亲核取代缩聚反应,即以4,4’-二氯二苯砜、二元酚为聚合单体,以环丁砜、N-甲基吡咯烷酮等强极性非质子性溶液为溶剂,在甲苯、二甲苯等共沸脱水剂和碳酸钾、碳酸钠、苛性钠等碱性成盐剂作用下,先在较低的温度下使二元酚与碱生成相应的钾盐或钠盐,而后提高温度通过亲核取代机理与二卤代二苯砜进行逐步缩聚,分子量随反应时间逐步增加直至稳定。根据合成步骤的不同,分为一步法和两步法。

良好性能造就的“超级塑料”聚砜,呈结构性过剩局面,高端化将是破解之道

虽然中国从1966年起就在天津、上海的研究机构完成了百吨级的聚砜材料生产,但直到2014年随着优巨新材的千吨级聚砜装置的投产,中国聚砜材料的生产才算真正突破。随着山东浩然、上海帕斯砜材料、沃特股份、金发科技聚砜装置的投产,聚砜“国产化”加快,2021年国内总产能达15830吨/年,但目前国内企业的聚砜产品性能还处于中低端位置,高端产品仍需从索尔维和巴斯夫进口。

2021年中国聚砜需求近9000吨,而随着航空航天、食品材料、电子电气、水处理膜等领域在国内的快速发展,未来五年中国聚砜需求将保持8-10%的速度增长,2025年需求量约13000吨。反观产量方面,2021年国内生产仅2000吨,市场缺口达7000吨,虽然随着未来新装置的投产,预计2025年国内聚砜产能约20000吨/年,表面来看足够覆盖缺口,但受限于装置技术水平,聚砜实际高端产品仍无法满足需求,高端聚砜产品技术的突破将是未来中国聚砜材料行业的主要课题。