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创新应用|万华化学尼龙12:助力新能源汽车发展,破壁外资垄断

来源:普拉司 时间:2021-11-04

近日,万华化学携汽车管路用材料解决方案亮相《2021国际车辆管路先进智造及应用技术年会暨展览会》。在本次展览会中,万华开发的汽车管路用高性能PA12材料,具有优异的尺寸稳定性、耐燃油、耐化学性及低温韧性,可为汽车的正常运行提供有力保障,受到现场嘉宾的广泛关注。


在“双碳”目标愿景下,新能源和轻量化成为了汽车行业的主流发展趋势。相较于传统燃油车,新能源汽车的电池动力系统对材料的安全性能要求更高。万华化学推出的系列高性能材料可满足新能源汽车的各种苛刻需求,助力汽车节能减排,提升驾驶体验。

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聚酰胺品种繁多,尼龙PA12脱颖而出尼龙性能优异,应用极为广泛。聚酰胺(PA)又称尼龙(Nylon),是一种分子主链上的重复单元中含有酰胺基团的高分子聚合物。尼龙既可以制成各种塑料,又可拉丝成纤维,还可以制成薄膜、涂料和胶黏剂等。由于尼龙具备良好的力学、耐热性、耐磨损性等性能,制品可广泛应用于服装、工业用丝、汽车、机械、电子电气、交通运输、包装工业等诸多领域中。微信图片_20211104101903.jpg


01


技术壁垒造就高集中度,寡头垄断尼龙12市场


尼龙12主流生产工艺为氧化肟化法,技术壁垒较高。尼龙12通常采用丁二烯为原料,由环十二碳三烯(CDT)和月桂内酰胺开环缩聚制得,工艺包括氧化肟化法、光亚硝化法和斯尼亚法,其中氧化肟化法是主流工艺。氧化肟化法生产尼龙12需经三聚、催化加氢、氧化、酮化、肟化、贝克曼重排、开环聚合等7个步骤,且整个过程中要使用苯、发烟硫酸等有毒、腐蚀性较大的原料,开环聚合温度需270-300℃,生产步骤操作难度较大。


目前以赢创公司为代表的大部分生厂商都使用以丁二烯为原料的主流工艺路线,而日本宇部兴产公司取得英国石油化学公司的技术许可后,采用以环己酮为原料的工艺路线实现了PA12的工业化生产。


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△尼龙12的合成路线。资料来源:《长碳链尼龙11、12和1212的开发应用》,长江证券研究所

寡头垄断下,尼龙12行业集中度极高。20世纪70年代,尼龙12首先由赢创工业集团(Evonik)的前身德国德固赛公司在Marl率先实现工业化生产,随后瑞士EMS、法国阿科玛(Arkema)和日本宇部兴产(UBE)也陆续宣布工业化生产的消息,四大生产商已经牢牢掌握尼龙12的生产技术近半个世纪。

为满足强劲需求,巨头宣布扩产计划。为满足PA12材料下游强劲的需求,2018年法国阿科玛宣布在中国常熟园区提升其全球PA12材料25%的产能,并有望在2020年中投产。德国赢创也宣布投资4亿欧元在Marl工业园区扩充其PA12材料50%的产能,并计划于2021年初开始运行。

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厚积薄发,政策助力,国内企业迎难而上


国内企业攻关长碳链尼龙,部分品种取得突破。上世纪50年代我国就已经开始对以长碳链尼龙为代表的特种尼龙进行国产化生产的尝试,但由于工艺路线复杂、生产条件苛刻、合成步骤多、成本高等因素,直到90年代我国长碳链尼龙工业化生产依旧停滞不前。

“九五”规划期间,郑州大学尼龙研究团队与中科院微生物所共同承担了国家重点科技攻关计划,研究开发了以生物发酵十二碳二元酸制备PA1212的工业生产技术,并与山东淄博广通化工公司合作,实现了工业化生产,此外山东广垠新材料有限公司亦在PA610、PA612、PA1012等品种有所突破。



03


万华化学积极布局尼龙12


多年积累,终迎突破。万华化学在尼龙12领域经历了厚积薄发的过程,自2012年开始公司即开始尼龙12材料相关专利的申请。尼龙12的生产中有两个难点,首先肟化反应工艺流程复杂,反应效率低且反应结束存在油液两相分液困难的问题,此外贝克曼重排是最重要的生产环节,对产品质量的影响起到了关键作用。

针对这两个生产难点,万华也在不断积极尝试以寻求突破,并取得了一些相关的生产专利。万华拥有的专利已经覆盖丁二烯氧化肟化制备尼龙12中的所有关键步骤。2013年万华尼龙12小试项目正式启动,由于尼龙项目全产业链流程复杂,万华成立多个并列研发小组,各反应单元同时开展研究,以提升研究的效率。

同时项目组研发工作还联合高校建立产学研项目,对外考察交流超百次,最终选择了一条收率较高且三废更少,工艺更温和的工艺路线,为尼龙12技术的突破奠定了扎实的基础。

万华化学年产4万吨尼龙12项目位于山东烟台工业园,将充分利用国内原材料价格低和园区内灵活自主开发的优势。此外,公司延续了一直以来的一体化发展思路,该项目主要原料丁二烯为在建的百万吨乙烯项目的副产物,不仅提高了整个产业链的附加值,还有望有效降低尼龙12的生产成本。

来源:新材料研习社

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