基础化工行业专题报告:含氟聚合物行业分析

1)目前PTFE、PVDF、FEP是最主要的氟塑料,分别占比57%、18%、15%,共占据全球约90%的氟塑料市场,PTFE是应用最广泛的含氟聚合物。 (1)PTFE行业:截至2022年11月底,国内PTFE总产能达到19.1万吨,海外总体产能约为16.9万吨,我国PTFE产能整体占全球的约53%。2022年PTFE市场规模为228.34亿元。 国内PTFE行业曾经历盲目扩张阶段,目前低端产品产能过剩,高端产品仍待发展。近年来,我国PTFE市场需求量的CAGR约为4.07%,未来全球市场规模有望保持4.55%的增速。

(2)PVDF行业:截至2022年11月底,国内PVDF总产能已经达到13.7万吨(同比+74.5%)。近几年来,国内企业逐渐掌握生产工艺、产品质量逐步提高,已成功打入下游高端 市场,国产锂电池级PVDF占比现已从2017年的8%成长到39%。据我们不完全统计,未来1-3年内,宣告计划建设的PVDF产能超过25万吨,产能将高速增长。 (3)FEP行业:截至2022年11月底,我国FEP总产能已达到4.6万吨。2021年全球FEP市场销售额达到6.2亿美元,预计2022-2028年复合增长率(CAGR)为 5.8%。68%的FEP用 于生产电线电缆,未来“东数西算”助推光纤升级换代,FEP成可作为电线电缆绝缘、保护的理想材料,未来需求前景广阔。

整体来说,2022-2025年,我们预测三大氟树脂材料(PTFE、PVDF、FEP)合计对萤石的消耗将达到48.2、64.1、74.1、85.7万吨(占萤石产量的8.6%、10.7%、12.3%、 13.8%),CAGR为21.15%。对应折合氢氟酸的消耗量合计为20.5、27.3、31.6、36.5;折合R22的消耗量合计为42.2、55.7、64.2、74.3万吨(作为原材料用途的R22不受配 额限制)。其中,2022-2025年期间,我们预测我国PTFE、PVDF、FEP的产能增速CAGR分别为10.26%、38.88%、18.22%。此外,其他含氟树脂(PFA、PVF、ETFE、氟橡胶等) 目前占氟聚合物市场的11%,是重要的新材料高端制造、国产替代的发展方向,将在工业建筑、石油化学、汽车工业、航天工业等有广泛的应用。

2)HFPO及下游质子/离子交换膜行业:HFPO作为重要的中间体,是下游合成含氟乙烯基醚类(如PPVE、PSVE、PFVE、PMVE)单体的主要原料。而PPVE/PSVE等是下游制备PFA、 全氟醚橡胶、全氟离子交换树脂等的重要单体。质子交换膜(主要类型为全氟磺酸型)商业应用场景主要集中于氯碱工业、燃料电池、电解水制氢、液流电池储能系统,未 来有望受益于国内氢能及燃料电池产业发展;近年来全钒液流电池储能示范项目相继建成,全氟磺酸型离子交换膜是唯一商用的全钒液流电池离子膜,未来前景广阔。

重要的含氟聚合物单体包括TFE、HFP、VDF、CTFE、HFPO等。单体向下游制备聚合物 的方法通常包括传统以水为介质的悬浮聚合法、乳液聚合法;新兴的以超临界CO2为 介质的聚合、接枝和嵌段聚合技术等。氟树脂生产壁垒来自于:不同单体的开发、 合成技术及工艺。其中: 四氟乙烯(TFE):TFE是最基础、最常见的含氟聚合物单体,下游可广泛用于制 备PTFE、FEP、PFA、VDF-HFP-TFE三元共聚物、无定型氟树脂、全磺酸树脂离子 交换树脂等。目前TFE生产技术最为成熟。

六氟丙烯(HFP):HFP是通过TFE在空管反应器中热裂解制备而成,下游主要应 用于生产FEP、HFPO、HFC-227ca、HFO1234yf、氟橡胶以及HFP的二聚体和三聚体 等。其中HFPO也是重要的中间体,是下游合成PPVE等全氟烯醚类单体的主要原料。 而PPVE是下游制备PFA、全氟醚橡胶、全氟离子交换树脂等的重要单体,也可以 用于氟树脂的改性。另外,HFP的二聚体和三聚体也是多种精细化学品的原料。

四氟乙烯(TFE)单体是最基础、用途最广的含氟高分子材料单体,可以作为中间体以及精细化学品的原料。生产TFE的技术水平和产能规模被 视为一个国家氟化学工业水平及现代化程度的指标之一。TFE下游可广泛用于制备PTFE、FEP、PFA、VDF-HFP-TFE三元共聚物、无定型氟树脂、 全磺酸树脂离子交换树脂等。TFE的制备方法众多,但真正具有商业价值且能够用于商业规模化生产的方法主要是HCFC-22在高位下的热分解 (R22原料规模大)。TFE单体需要储存在低温(-35℃)、无氧条件下,且一般不宜进行长距离运输。

常温下六氟丙烯(HFP,也为R1216,化学式为CF2=CFCF3)为无色无臭气体,是合成含氟高分子材料的重要单体之一。TFE在管式反应器中高温热裂解生成HFP是工业上主 流的HFP生产工艺,主反应由二步法构成。副反应会生成全氟异丁烯(PFIB,剧毒物质)需要收集和销毁处理。跟TFE相比,HFP要更加化学稳定。理论上,HFP可以与H2、 卤化氢、卤素、氨、有机胺、氮氧化物、HNO3、醇类、卤代烷烃、烯烃等发生反应。一般HFP贮存期不得超过半年,以免自聚变质,且贮运过程温度<50℃,不能暴晒和 剧烈震动。

偏氟乙烯(VDF)主要用作聚合制备聚偏氟乙烯(PVDF),也可用作氟橡胶的共聚单体,也可作为氟树脂THV的单体。VDF是可燃性气体,在空 气中390℃的条件会自燃。 VDF的生产原料为HCFC-142b,HCFC-142b则由偏氯乙烯(VDC)与AHF合成。HCFC-142b在高温下裂解脱去HCl后,可以直接得到VDF单体。由 HCFC-142b高温裂解制VDF的反应过程比利用TFE制备HFP要相对简单,且串联副反应和高沸点杂质较少。

六氟环氧丙烷(HFPO,也叫全氟环氧丙烷,分子式为CF3CFCF2O)本身不直接用作生产含氟聚合物,但是可作为生产某些重要有机氟产品和材 料的中间体,可用于制备PPVE、PMVE、PSVE、PCMVE等,其主要用途是合成全氟丙酮、全氟醚润滑油以及一系列全氟烷基乙烯基醚,也可与 其他含氟单体聚合制备全氟磺酰氟树脂、可熔性聚四氟乙烯等特种高分子材料。下游被广泛应用于树脂、橡胶、润滑油、表面活性剂等行业。

含氟聚合物是指高分子聚合物中同C-C链相连接的氢原子部分或全部被氟原子取代的一类聚合物。氟化工产业链中,随着加工深度增加,产品的附加值和利润率 呈几何级数增长,含氟聚合物是氟化工高附加值领域,国家级鼓励发展方向之一。含氟聚合物主要大致分为氟树脂和氟橡胶两类,二者所需单体和生产工艺有 相似之处。其中,氟树脂(氟塑料)是最重要的一种氟聚合物,由于其特殊的结构,使得氟树脂在耐热性、耐酸性、耐碱性、耐药性等多方面有优良的表现。 目前常见的氟树脂品种主要有:聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物(FEP)、聚氟乙烯(PVF。

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