产业用化学助剂开发及创业
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3 涂料助剂

涂料中除了主要成膜物质、颜填料、溶剂之外,还有那些添加进去的能使涂料或涂膜的某一特定性能起到明显改进作用的物质——涂料助剂,它们在涂料配方中的用量很小,主要是多种无机化合物和有机化合物,包括高分子聚合物。涂料助剂因能提高涂料对严酷环境下各类材料的保护作用,如防潮性、抗菌性、耐热性、耐化学品性等,广泛应用于埋地管道、土木工程、塔台、海洋工程、化工设施等领域。

经过多年发展,涂料助剂的种类众多,按照助剂用途划分,包括附着力增进剂、防粘连剂、防缩孔剂、防发花剂、防浮色剂、消泡剂、抑泡剂、抗胶凝剂、黏度稳定剂、抗氧剂、防结皮剂、防流挂剂、防沉淀剂、抗静电剂、导电控制剂、防霉剂、防腐剂、聚结助剂、腐蚀抑制剂、防锈剂、分散剂、润湿剂、催干剂、阻燃剂、流动控制剂、锤纹助剂、流干剂、消光剂、光稳定剂、光敏剂、光学增亮剂、增塑剂、增滑剂、防划伤剂、增稠剂、触变剂及其他助剂。

涂料助剂在涂料生产的各个阶段都发挥着不同的作用,在合成树脂制造阶段有引发剂、分散剂、酯交换催化剂、消泡剂、乳化剂、过滤助剂等;改善涂料生产工艺的有润湿剂、分散剂、乳化剂、消泡剂等;改善涂料运输和储存性能的有防沉剂、防结皮剂、增稠剂、防霉剂、抗胶凝剂、光稳定剂、冻融稳定剂等;改善涂料施工性能和防止漆膜病态的有防流挂剂、流平剂、浮色发花防止剂、防缩孔剂、锤纹助剂、消泡剂、触变剂、增塑剂、增稠剂等;成膜阶段有聚结助剂、附着力促进剂(也叫附着力增进剂)、催干助剂、增光助剂、增滑助剂、消光助剂、固化剂、交联剂等;改善涂膜性能并赋予特种性能的有紫外线吸收剂、阻燃剂、抗静电剂、导电剂、杀生物剂、防藻剂、腐蚀抑制剂、划痕防止剂、防锈剂等。

涂料助剂又可以分为油性助剂和水性助剂。顺应全球对环境保护的日益重视,水性涂料助剂有了飞跃的发展,新型环保类型的助剂越来越多,应用也越来越广泛,是涂料助剂今后发展的主流方向。涂料助剂市场发展有以下特点。

(1)助剂产量与涂料市场呈现正比例增长 市场大环境主导着涂料助剂的研发方向朝着水性、环保、功能、多元化发展。据市场研究机构Marketsand Markets发布的一项研究报告显示,全球涂料助剂市场2015年估值63.9亿美元,预计到2021年估值将达91.9亿美元,年复合增长率为6.1%。涂料助剂市场分为五大区域:亚太地区、北美地区、欧洲地区、中东及非洲地区、南美地区。该报告指出,2016~2021年间,亚太地区市场预计成为世界最大的涂料助剂市场。该地区的增长主要得益于中国、印度、日本和韩国四国经济的快速发展。涂料助剂主要应用在建筑、汽车、工业、木材(如家具)等方面。其中,建筑涂料用助剂所占市场份额最大。全球建筑行业的持续性发展推动了涂料助剂需求的不断增加。助剂广泛应用于涂料中,对处于特殊环境下的涂料起到防护作用,防潮、防微生物滋生,对高温及一些化学品侵蚀也有一定的防护功效。涂料助剂还用在地下管道、土木工程、塔、海上建筑等的涂层配方中。一些涂料助剂所具备的耐热性,在电子电气的应用中尤为重要。上述应用预计会有广阔的市场前景。

据中国石油和化学工业联合会发布的《2016年石油和化工行业经济运行和2017年预测报告》显示,2016年中国涂料行业全年规模以上工业企业产量达1899.78万吨,同比增长7.2%,主营业务收入达4354.49亿元,同比增长5.6%。这其中,广东省涂料产量仍居第一,领跑全国。2014年全球水性涂料市场需求是2054万吨,预计到2022年将达到3271万吨,2022年全球水性涂料市场预计将达到1461.1亿美元。从应用领域来看,建筑行业是水性涂料最大的应用领域,占市场总额的86.5%。汽车OEM(Origin Entrusted Manufacture,定牌生产合作)是预计增长最快的领域,预计2016~2022年增长率将达到8.1%。虽然中国涂料行业发展较快,但中国水性涂料的发展还处于初始阶段,较欧美发达国家的普及率低很多。2015年,中国水性涂料产量为248万吨,占涂料总产量的14.5%,市场规模607亿元。目前,我国水性涂料的使用率还不足20%,北京、上海等发达城市也仅达到30%。随着消费者环保意识的不断增强以及环保政策的不断出台,未来几年,水性涂料在中国市场的占有率或能达到30%左右。中商产业研究院预测到2021年,我国水性涂料产量将达到876万吨,水性涂料市场规模将达到2255亿元。若按每吨涂料用助剂约30kg计,再假定我国涂料中55%是水性涂料,则2021年水性涂料助剂用量约25万吨。

我国涂料助剂生产企业,如广州市华夏助剂化工有限公司、上海长风化工厂、浙江临安福盛涂料助剂有限公司、江苏省扬州立达树脂有限公司等,这几年虽有一定发展,但生产规模小、技术力量有限、产品模仿多、创新少,还没有形成自己的特色。在助剂市场竞争中,国内助剂生产企业较多地靠价格竞争。

跨国助剂公司在中国的办事处和企业,如德国毕克化学公司(BYK Chemie)、美国罗门哈斯公司(Rohm & Haas)、科宁公司(Cognis)、汽巴精化特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals,2001年并购埃夫卡公司)、迪高沙公司(Degussa AG,Tego)、日本诺普科助剂有限公司(NOPCO)、德国BORCHERS有限公司(BORCHERS GmbH)、气体产品有限公司(Air Products)等,它们在技术、人才、产品、创新和服务等方面具有优势,占据着我国中高档涂料助剂市场,同时引领我国助剂市场发展。

跨国助剂公司在中国的代理经销商,如深圳海川化工有限公司、北京金源东和化学有限责任公司、上海涂料供销有限公司、常州天义化工有限公司、北京兴美亚化工有限公司、广州深蓝贸易有限公司等,它们是跨国助剂公司与涂料生产企业之间的桥梁,把助剂销到千家万户。

(2)水性涂料助剂市场规模扩大 在工业涂料领域,涂料助剂主要应用在汽车(原始设备制造和汽车修补漆)涂料、海洋涂料、船舶涂料、卷材涂料、塑胶涂料、木器涂料、一般工业涂料等。

在TechSci Research公司发表的综合研究报告“2019年中国涂料助剂市场预测和机会”中指出,涂料助剂根据终端用户的应用不同可以大致划分为建筑涂料和工业涂料,其中建筑涂料拥有较大的市场份额。据《2016~2021年中国涂料助剂行业市场供需前景预测深度研究报告》预计,在2014~2019年期间中国涂料助剂市场的年复合增长率约为12%,其中,阿尔塔纳Altana(毕克化学助剂仪器部)、陶氏和巴斯夫是中国涂料助剂市场的前三强。巴斯夫、阿尔塔纳和阿克苏诺贝尔等全球领先的涂料及助剂制造商都在中国实施大规模扩产计划。毕克化学在2014年宣布将进一步加大在华投资,已与“上海化学工业区奉贤分区”签署投资协议,将在2年内兴建一座集生产、销售、研发、物流和仓储等功能为一体的区域企业总部。

由于水性涂料和粉末涂料体系中的低VOC排放优势,人们对低毒性、低VOC涂料的青睐以及配方技术对多功能助剂的要求越来越高,用水来代替甲苯和二甲苯等芳烃类有毒溶剂,减少涂料固化和后续过程中甲醛的产生和释放已成为国家、地区环保部门以及消费者普遍追崇的绿色理念。在建筑装饰领域,房地产和基础设施建设对低VOC和零VOC涂料的需求将持续上升,限制VOC排放的法规将有力推动涂料助剂消费量的增长。在成熟的北美、欧洲地区建筑涂料领域,水性涂料消费已经占比90%,替代大部分的溶剂型涂料。涂料助剂对于水性涂料的配方极其重要,加上影响水性涂料涂装效果的因素不仅很多,而且还相互促进或者制约,需要对水性助剂进行全面、客观、细致的了解、试验评价,平衡各种影响效果,才能推进其发展。美国研究机构Hexa Reports发布的最新研究报告显示,到2022年全球水性涂料助剂市场规模预计将达到41.1亿美元,产量将达到80.1万吨,年复合增长率为5.5%。目前,全球涂料助剂主要生产商为德国毕克化学、荷兰阿克苏诺贝尔、法国阿科玛、德国赢创、德国巴斯夫、美国陶氏、美国阿什兰等。

(3)流变改性剂市场份额最大 涂料助剂是涂料体系中不可缺少的组成部分,它可以改进生产工艺,保持储存稳定,改善施工条件,提高产品质量,赋予特殊功能。助剂的种类繁多,有润湿分散剂、流平剂、消泡剂、表面活性剂等。在涂料配方比例中,助剂的平均使用量通常少于5%,或仅有1%左右。正确使用助剂可以帮助涂料工程师降低涂料配方中高含VOC的原料的使用,且不影响涂料的整体性能,并降低配方成本,这就是要使用涂料助剂的原因。涂料助剂在涂料配方中用量很少,但影响却很大。本质上,助剂的功能非常明确。有些助剂是多功能的,如在生产工艺中有着重要作用,同时也影响涂膜性能。有时候,使用一种助剂也需要同时用另一种助剂来改善这种助剂中不好的效果。有些助剂对专用领域的产品有很好的效果,但不能用于其他产品。据了解,2014年之前全球涂料助剂用量将保持4%的增长,流变剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和耐划耐磨助剂是主要采购的助剂品种。

在涂料配方中,流变改性剂起到关键性作用,因为流变改性剂可以影响应用的工艺和颜色性能,具体体现在能降低配方体系表面张力、改善色泽及涂膜品质、提高耐湿磨性能等,而且有助于各项流变性能的控制,如涂刷性能、储存稳定性、抗流挂性、成膜性能等。此外,更广泛的终端应用施工和消费模式也助推了流变改性剂的销量,由此流变改性剂占据了中国涂料助剂市场的最大份额。2014年流变改性剂占水性涂料助剂市场总量的40%,该品种2015~2022年间增长最快,增长率高达6%以上。全球润湿分散剂市场规模2014年为15万吨以上,预计未来几年发展良好。

建筑涂料、工业木器涂料中针对分散颗粒的抗絮凝技术要求越来越高,从而促进了润湿分散剂的发展。紧随流变改性剂之后市场份额第二大的是润湿分散剂和消泡剂。

(4)杀菌剂是中国涂料助剂市场增速的领头羊 水性涂料快速增长,助推了杀菌剂用量的加大。2009~2013年,杀菌剂一直都是中国涂料助剂领域增速最快的,同时,中国也是全球杀菌剂市场需求增长最快速的国家。尽管杀菌剂只占助剂市场的很小一部分,但是在2009~2013年的中国助剂市场里,杀菌剂一直是增速的领头羊。

美国IHS(Information Handling Services)化学公司指出,2013年中国已经成长为全球第二大杀菌剂市场,消费量达到约34万吨,占全球杀菌剂消费量的25%,占全球杀菌剂销售额的 20%。预计2014~2018年中国的杀菌剂需求量将以年均5.6%的速度增长,到2018年中国杀菌剂市场规模将达到约44.7万吨,应用领域包括游泳池、油漆和涂料以及木材处理。目前国内主要使用的助剂产品有德国汉高公司的Dispersant和Hydrpalot系列润湿分散剂、DSX系列流平剂、Foamaster系列消泡剂,罗门哈斯的RM202流变改性剂、Acryso综合型液体无溶剂增稠剂、MLX防霉剂,美国伊士曼公司的Texanol(十二碳醇脂)成膜剂,德国汉高公司、中国台湾德谦公司、江苏日出化工公司、上海长风化工厂等的消泡剂、润湿剂和防霉剂等。