功能性硅烷

功能性硅烷與硅橡膠、硅油及硅樹脂合稱有機硅材料四大門類。從結構上來說，通常將主鏈為-Si-O-C-結構的有機硅小分子統稱為功能性硅烷。從功能上來看，功能性硅烷多為雜交結構，多數產品在同一個分子中同時含極性和非極性兩類官能團，可以作為無機材料和有機材料的界面橋梁或者直接參與有機聚合材料的交聯反應，從而大幅提高材料性能，是一類重要且用途廣泛的助劑。

功能性硅烷的通式為RnSiX(4-n)，式中R是非水解的有機部分，它是烷基、芳基、有機功能基(如乙烯基、氨基、環氧基、巰基等)或這些基團的任意組合，能與有機基團反應或相親；式中X是可水解基團，如鹵素、烷氧基、硅氧烷基、乙酰氧基等，可通過水解產生Si-OH，從而與無機材料發生反應。

功能性硅烷同時含親有機和親無機兩類官能團，可以作為無機材料和有機材料的界面橋梁或者直接參與有機聚合材料的交聯反應，從而大幅提高材料性能，是一類非常重要、用途非常廣泛的助劑，廣泛應用于橡膠加工、粘合劑、復合材料、金屬表面處理及建筑防水等領域。

功能性硅烷有不同的分類方法：按活性有機基團與Si的相對取代位置可分為γ-取代和α-取代兩種類型；按用途可分為硅烷偶聯劑、硅烷交聯劑及其他功能性硅烷

(1)硅烷偶聯劑：是一類分子中同時含有兩種不同化學性質的有機硅化合物，用以改善聚合物與無機物實際粘接強度，這既可能是指真正粘接力的提高，也可能是指浸潤性、流變性和其它操作性能的改進。偶聯劑還能對界面區域產生改性作用，以增強有機相與無機相的邊界層。通過使用硅烷偶聯劑，可在無機物質和有機物質的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質懸殊的材料連接在一起，形成有機基體-硅烷偶聯劑-無機基體的結合層，提高復合材料的性能和增加粘接強度。硅烷偶聯劑廣泛運用于膠黏劑、涂料和油墨、橡膠、鑄造、玻璃纖維、電纜、紡織、塑料、填料、表面處理等行業。常見的硅烷偶聯劑如：含硫硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷、環氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

含硫硅烷是以硫為主要功能基團的一類功能性硅烷的統稱，是目前用量最大的一類功能性硅烷，主要應用于橡膠工業；可有效提高白炭黑填料與橡膠分子結合能力，并能促進橡膠硫化，同時具有偶聯劑、促進劑硫化劑的作用，已經成為子午線輪胎生產的重要原料。含硫硅烷主要分為多硫型和巰基型，多硫型主要產品有雙(三乙氧基硅丙烷)四硫化物(簡稱多硫Ⅰ型)和雙(三乙氧基硅丙烷)二硫化物(簡稱多硫Ⅱ型)，其生產量較大；巰基型主要產品是γ-巰丙基三甲氧基硅烷(KH590)和γ-巰丙基三乙氧基硅烷(KH580)，其生產量較小。

(2)硅烷交聯劑：是指含兩個或兩個以上硅官能團的硅烷，能在線型分子間起架橋作用，從而使多個線型分子或輕度支鏈型大分子、高分子相互鍵合交聯成三維網狀結構，促進或調解聚合物分子鏈間共價鍵或離子鍵的形成。交聯劑是單組分室溫硫化硅橡膠的核心部分，是決定產品交聯機理和分類命名的基礎。根據縮合反應產物的不同，可以把單組分室溫硫化硅橡膠分為脫酸型、脫酮肟型、脫醇型、脫胺型、脫酰胺型、脫丙酮型等不同類型。含硫硅烷已成為我國功能性硅烷產量最大的品種，其次為各類交聯劑，其他品種中產量最大的依次為氨基硅烷、乙烯基硅烷和環氧基硅烷等

目前功能性硅烷的生產工藝主要有兩種：間接法工藝和直接法工藝。

硅烷偶聯劑的主要生產方式為間接法。間接法以三氯氫硅為主要原料，與甲醇、乙醇、氯丙烯、乙炔等原料分別進行反應，生成三烷氧基硅烷、氯丙基三氧硅烷、乙烯基三氧硅烷、丙基三氧硅烷等中間體。中間體再與甲基丙烯酸鈉、烯丙基縮水甘油醚、多硫化物、液氮、甲醇、乙醇、丁酮肟等分別進行反應，可以得到各種功能性硅烷，如環氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷、含硫硅烷、氨基硅烷以及乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三丁酮肟基等功能性硅烷。間接法的優點是產量較大且可以將部分副產物進行循環利用，如氯化氫的循環利用。但間接法的生產流程較長，原材料及設備投入較大，還存在氯的污染以及腐蝕問題。晨光新材、宏柏新材、荊州江瀚、新安股份是用間接法工藝的主要企業。硅烷交聯劑的主要生產方式為直接法。

直接法以硅粉、甲醇或乙醇為生產原料，直接合成三烷氧基硅烷(三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷等)，再進一步進行反應生成環氧基硅烷、丙烯酰氧基硅烷以及四乙氧基硅烷等功能性硅烷。直接法的優點是縮短合成步驟、減少氯污染、降低產品雜質含量以及資源利用率高。但直接法的不足之處在于直接法只能生產少量硅烷，產品存在數量限制。

從全球范圍來看，功能性硅烷供應格局相對集中，國外主要硅烷生產企業有邁圖高新、道康寧、贏創(原德固賽)、信越化學等；國內方面，目前我國已經成為世界重要的硅烷生產基地，越來越多的企業注重產業鏈整合，加快產業鏈延伸，以達到循環生產的目的，主要的功能性硅烷生產企業有宏柏新材、晨光新材、湖北新藍天新材料、荊州市江漢精細化工等公司。

(1)宏柏新材：我國功能性硅烷，特別是含硫硅烷細分領域中具備循環經濟體系及世界領先產業規模的企業之一。公司與境內外大型知名輪胎制造商普利司通、米其林、固特異、德國馬牌、韓泰、住友、中策等建立了緊密的長期業務合作關系。據公司公告，根據《中國硅產業年鑒(2014)》及《精細化工與專用化學品》，公司是國內功能性硅烷行業龍頭企業之一。經中國石油和化學工業聯合會認定，2016-2018年，公司含硫硅烷偶聯劑在全球和國內市場的占有率連續三年位列第一。經工業和信息化部、中國工業經濟聯合會評定，公司于2019年11月被列入第四批制造業單項冠軍示范企業名單。上市募投項目建成后，將形成三氯氫硅5萬噸產能及下游氯丙基三氯硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等配套硅烷產能，新增氨基硅烷產能9，000噸/年，新增功能性氣凝膠產能10，000立方米/年。同時，年產3萬噸特種有機硅新材料項目及年產4萬噸硅基新材料綠色循環產業鏈項目預計分別于2022年12月、10月建成投產。

(2)晨光新材：公司是國內功能性硅烷行業中產業鏈最為完整的企業之一，產品涉及功能性硅烷基礎原料、中間體和成品，產品線齊全，在功能性硅烷生產過程中實現了氫氣循環和氯化氫封閉循環工藝及裝置的大規模應用。截至2020年報，主要產品(KH-550、KH-560、CG-202、CG-Si69、CG-171等)設計產能3.75萬噸/年，在建項目年產6萬噸有機硅烷偶聯劑項目二期、年產6.5萬有機硅新材料技改擴能項目預計分別于2021年7月和2022年8月投產，同時于2021年11月公告建設“年產2.3萬噸特種有機硅材料項目”

功能性硅烷品種眾多，其用途主要根據官能團品種及結構決定，主要應用領域包括復合材料、橡膠加工、塑料、粘合劑、涂料及表面處理等領域。目前硅烷已經經過70多年的應用歷史，從最初的玻纖處理劑已經發展到如今在各個領域的廣泛應用。

我國是全球最大的功能性硅烷生產國。Marketsand Markets發布的報告顯示，全球功能性硅烷市場規模將從2015年的13.3億美元增至2020年的17億美元，2015-2020年CAGR為5%；其中亞太地區硅烷需求強勁，是推動全球硅烷市場增長的主要因素。中國作為世界主要硅烷消費國，將引領亞太地區硅烷市場的發展。此外，巴西和印度等其他新型經濟體硅烷市場也將伴隨本國經濟增長而逐步壯大。據全國硅產業綠色發展戰略聯盟(SAGSI)統計數據，2019年，全球功能性硅烷產能約為62.1萬噸/年，產量約為43.9萬噸，同比分別增長4.19%、5.78%；我國功能性硅烷產能約為43萬噸/年，產量約為27.9萬噸，同比分別增長8.17%、8.37%，行業開工率提高至65%；2015-2019年，國內產能全球占比由60.4%提升至69.3%，產量全球占比由54.0%提升至63.4%，已經是世界最大的功能性硅烷生產國，下游應用主要分布在橡膠加工和密封膠、粘合劑等領域

參考資料：

晨光新材-功能性硅烷再出發潛在氣凝膠優勢領先-220420（24頁）.pdf

【研報】化工行業：從量到質功能性硅烷國內崛起-210407（38頁）.pdf

晨光新材-成長性最確定的功能性硅烷領跑者-220210（30頁）.pdf

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