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“十四五”规划特种工程塑料—聚砜性能优异,国产化需求旺盛!

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本文来源 | DT新材料

 

聚砜是一种非结晶性特种工程塑料,同时也是“十四五”国家重点研发计划中指出重点发展的特种工程塑料之"一,力争2025年工程塑料及特种工程塑料自给率提升到85%。

 

一、聚砜材料介绍

聚砜主要由4,4’-二氯二苯酚、联苯二酚、双酚S聚合而出,按照合成单体的不同有普通双酚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,目前已商品化且较为成熟的聚砜树脂有三类:双酚A型聚砜、聚亚苯基砜和聚醚砜。

图PSU、PPSU、PES结构式 来源《国内外聚砜的研究现状及其应用》

 

聚砜其主链中含有苯环,且-SO2-基团的硫原子处于最高的氧化状态,因而抗氧化性能、机械性能和热稳定性较好,醚键的存在又提供了一定韧性。此外,聚砜还具有无毒、可自熄、耐腐蚀等优点,在航天航空、汽车、餐具、医疗设备等多领域均有所应用。

 

二、国内外聚砜材料发展概况

上世纪60年代,联合碳化物公司完成了聚砜的开发并实现了工业化生产,1965年产能达4500吨/年。从全球市场来看,目前聚砜树脂的主要产能集中在德国巴斯夫、比利时苏威、日本住友、印度加尔迈化学、俄罗斯谢符钦克工厂等。其中苏威和巴斯夫的产能最高,分别达到了3.3万吨和2.5万吨,占据了中国聚砜市场八成以上的市场份额。

 

2019年全球产量达到6.2万吨,主要集中在北美。2019年国内聚砜市场需求量达到6473吨,增速在7%左右,预计2022年将超过8000吨,产量仅为1600吨,严重依赖进口,特别是中高端产品国产化需求旺盛。

 

相关数据统计,聚砜材料在电子电气、汽车及航空领域、食品以及医药领域的份额总计超过70%。汽车航空、食品用具行业稳定需求,因聚砜良好的生物相容性在医疗器械应用方面备受欢迎,医疗器械的应用份额在未来有上涨趋

 

图 2027年全球聚砜需求端预计市场份额

 

三、国内聚砜技术领域正在突破,高端产品有望加速进口替代

长久以来,聚砜材料由于较高的技术壁垒,一直被国外企业所垄断。国内聚砜技术领域正在突破,高端产品有望加速进口替代。国内以优巨新材为代表的部分企业经过持续的研究逐步实现聚砜材料的量产,打破国外垄断。长春吉大特塑工程研究有限公司,拥有500吨聚醚砜和500吨聚亚苯基砜树脂生产及改性料的生产能力,还有山东津兰特种聚合物有限公司、天津砚津科技有限公司。

 

此外,国内上市公司纷纷宣布布局聚砜材料,金发科技千吨级PPSU/PES中试产业化装置已完成设备安装;沃特股份已掌握了血液膜用的聚砜树脂材料合成技术,在重庆计划新建10,000吨聚砜类特种塑料产能,沃特股份近期表示聚砜项目设备已完成调试。

 

国内聚砜发展历程

  • 1966年,国内天津材料研究所率先开始对聚砜的开发工作,紧接着上海市合成树脂研究所和天山塑料厂共同合作,研究砜类树脂的应用,在1969年建成了100吨/年的生产装置,并成功运转投入生产。

  • 1973年,大连聚砜塑料有限公司利用上海市合成树脂研究所的技术经验,建成了可以工业化规模生产的装置,以“舵牌”作为商品名。目前舵牌聚砜年生产能力为200吨。

  • 1980年,上海曙光化工厂接替了天山塑料厂的生产和销售聚砜,生产能力达到200吨,1982年可达到220吨。2004年由于政策原因、专业人员退休以及化工厂搬迁等不利因素,该厂停止生产聚砜。

  • 2002年,上海曙鹏特种工程塑料有限公司建成聚砜生产线,生产能力可达到200吨,该厂运转至2007年。

  • 2014年,优巨新材一期建成年产1000吨的聚砜系列产品生产线。

  • 2016年10月份二期建成年产5000吨的聚砜系列产品生产线。

  • 2015年,威海帕斯砜新材料有限公司组装完成一条年产量300吨聚砜的生产线,该年年底共生产30吨聚砜并全部售完。

  • 2017年,威高血液净化制品有限公司与德国FilaTech等公司正式签约并启动了以聚砜膜纳米膜孔纺丝技术与聚砜膜血液透析器自动化组装技术为支撑的聚砜膜透析器三期生产线项目。

  • 2017年山东浩然特塑开始生产可用于食品级奶瓶领域的PPSU。

  • 2019年7月,重庆沃特智成新材料科技有限公司准备筹备特种工程塑料聚酰胺10000吨/年、特种工程塑料聚砜10000吨/年项目。

  • 2020年5月,山东浩然特塑股份有限公司年产3000吨聚砜系列树脂研发及产业化项目正式开工建设。

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四、聚砜膜高端应用领域,生物医药和燃料电池需求旺盛

聚砜类分离膜由于毒性低、化学稳定性好、与血液相容性好等性能,被应用于血浆分离、血液透析、蛋白质吸收等。截至2020年6月30日,全国血液净化领域有效注册产品共计384件,其中国产产品274项,进口产品110项。作为下游领域,血液净化发展非常良好,创新后备力量充足,可以充分拉动聚砜膜的应用。

聚砜类膜的机械性能、溶胀度、吸水率以及离子交换量可以满足燃料电池的要求。季铵盐的碱性膜(亚芳基醚砜,QPAES),对燃料电池内甲醇交换与利用有正面的积极作用,用QPAES膜可以提高甲醇渗透量,对甲醇选择性高于商业膜Nafion117。该膜进行改性后,可用作燃料电池的离子交换膜。

此外还有污水处理,聚砜纳滤膜对染料废水的处理性能表现优异,可以通过改变蒸发温度与蒸发时间进一步调节膜的孔径与孔隙率。

 

五、结语展望

特种工程塑料的生产使用量虽不及通用塑料,但其很多性能远胜于通用塑料,有着不可替代性。未来,随着人类在尖端领域的不断探索和发展,特种工程塑料的重要性将日趋增加。作为特种塑料的重要品种之"一,聚砜树脂制成的薄膜、纤维、复合材料等,已在众多高端领域得到广泛应用,国产化需求加速。

 

参考资料:

《聚砜:机械性能优秀的耐高温特种工程塑料》国信证券

《国内外聚砜的研究现状及其应用》李智杰,虞鑫海(东华大学化学化工与生物工程学院,上海201600)