由于膠粘劑具有可以實(shí)現同種或異種材料的連接、接頭部位無(wú)應力集中、粘接強度高、易于實(shí)現化合自動(dòng)化操作等優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于國民經(jīng)濟中的各個(gè)領(lǐng)域,已成為國民經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的化工產(chǎn)品。國民經(jīng)濟的高速發(fā)展也為膠粘劑行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間,因此我國膠粘劑行業(yè)得到了快速發(fā)展。據中國膠粘劑工業(yè)協(xié)會(huì )統計,2005年-2009年我國膠粘劑與密封劑產(chǎn)量和銷(xiāo)售額年平均增長(cháng)率分別達到了12.2%和19.6%,并預測在“十二五”期間仍會(huì )保持較高的增長(cháng)速度,產(chǎn)量和銷(xiāo)售額的年平均增長(cháng)率分別為10%和12%,其中反應型膠粘劑的增長(cháng)率分別為12.5%和14.9%。我國膠粘劑行業(yè)除了產(chǎn)量和銷(xiāo)售額持續快速增長(cháng)外,膠粘劑的技術(shù)水平也不斷提高,開(kāi)發(fā)出來(lái)大量達到國內外先進(jìn)水平的產(chǎn)品,并呈現出產(chǎn)品向著(zhù)改性型、反應型、多功能型、納米型等方向發(fā)展,應用領(lǐng)域向著(zhù)新能源、節能環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)聚焦的發(fā)展趨勢。
1.新能源領(lǐng)域用膠
(1)風(fēng)力發(fā)電用膠
由于全球石化能源資源的缺乏,可再生能源的利用得到世界各國政府的重視和扶持。風(fēng)能作為非常重要的可再生資源得到了越來(lái)越多的利用,其主要利用形式為風(fēng)力發(fā)電。近年來(lái)全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速,根據全球風(fēng)能理事會(huì )和中國可再生能源學(xué)會(huì )風(fēng)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )統計,2005年至2010年全球新增風(fēng)電裝機容量年平均增長(cháng)率為29.2%,我國新增風(fēng)電裝機容量年平均增長(cháng)率為95.5%,增長(cháng)速度大大高于全球平均水平。根據《中國風(fēng)電發(fā)展報告2010》預測,到2020年我國風(fēng)電累計裝機容量將到達2.3億KW。
我國風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展為葉片用環(huán)氧結構膠粘劑和環(huán)氧基體樹(shù)脂的應用提供了巨大的市場(chǎng)空間。環(huán)氧基體樹(shù)脂是生產(chǎn)葉片和葉片模具的主體材料之一,環(huán)氧樹(shù)脂結構膠用于風(fēng)電葉片上殼體和下殼體的粘接。目前,國內風(fēng)電機組絕大多數為1.5MW的機型,每個(gè)機組需要三個(gè)葉片,每個(gè)葉片環(huán)氧結構膠的用量約為0.35噸,環(huán)氧基體樹(shù)脂的用量約為2噸。若2020年我國風(fēng)電累計裝機容量達到2.3億KW,需新增風(fēng)電裝機容量約1.88億KW,環(huán)氧結構膠和環(huán)氧基體樹(shù)脂的需求量分別為13.1萬(wàn)噸和75萬(wàn)噸,產(chǎn)值分別為65億和262.5億。以2010年我國新增裝機容量16500MW為基數,2020年達到累計裝機容量2.3億KW,平均年增長(cháng)速度不足5%,實(shí)際增長(cháng)速度可能會(huì )更高一些。
由于要求風(fēng)電葉片的使用壽命大于20年,對環(huán)氧結構膠粘劑和環(huán)氧基體樹(shù)脂的要求很高,既要有很好物理性能又要有很好的耐久性。因此,這些產(chǎn)品在正式應用之前需要通過(guò)國際權威的德國勞氏認證(GL認證)以及用戶(hù)的測試和驗證,具有較高的進(jìn)入門(mén)檻。風(fēng)電機組的發(fā)展趨勢是向著(zhù)特大型化發(fā)展,2.5MW和3.0MW的機型已經(jīng)研制成功,5.0MW和6.0MW的機型也在研制進(jìn)程中,將對葉片用結構膠粘劑和基體樹(shù)脂提出更高的要求或新的要求。
(2)太陽(yáng)能發(fā)電用膠
太陽(yáng)能是清潔、安全和可靠的可再生能源。相對于水電、核電等其他能源,太陽(yáng)能發(fā)電站的建設對地理位置要求不高,且所需的時(shí)間和成本都比較低,也是未來(lái)很有發(fā)展前景的可再生能源,世界各國都在大力發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電。過(guò)去5年全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量年平均增長(cháng)率為50-60%,未來(lái)幾年平均增速將保持在20-25%。根據歐洲聯(lián)合研究中心的預測,到2030年太陽(yáng)能發(fā)電在世界總電力的供應中將達到10%以上。我國太陽(yáng)能發(fā)電幾乎是從2000年起步,但發(fā)展速度非?,2000年至2010年的平均增長(cháng)率為143.6%,2010年太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達到了8000MW,成為世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量第一大國,約占世界總產(chǎn)量的50%。
太陽(yáng)能電池用膠主要為環(huán)氧結構膠、EVA膠膜、硅酮膠。環(huán)氧結構膠用于太陽(yáng)能電池硅片的切割,對其強度、應力及工藝性要求很高;EVA膠膜用于太陽(yáng)能電池組件的組裝,將單晶硅電池的玻璃面板與硅片及背板或將薄膜電池的玻璃面板與背膜粘接組裝在一起,對其強度、透光性、耐候性、防水汽滲透要求高;硅酮膠用于太陽(yáng)能組件邊框密封和接線(xiàn)盒灌封,對邊框密封要求耐候性和防水汽滲透性好,用于接線(xiàn)盒灌封要求電性能和導熱性好。估計2010年太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的用膠量為:環(huán)氧結構膠315噸(硅片產(chǎn)量約為10GW),EVA膠膜56000噸,硅酮膠12000噸,產(chǎn)值分別為8500萬(wàn)、22.4億和8.4億。
由于太陽(yáng)能電池對壽命及安全性要求高,應用于太陽(yáng)能的膠粘劑需要通過(guò)權威機構的IEC 61215:2005標準認證和UL認證。另外,如何提高EVA膠膜的透光率或采用透光率更高的新膠膜材料,以提高太陽(yáng)能電池的轉換效率,采用新的密封膠替代硅酮膠,以提高太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)效率,都是太陽(yáng)能電池用膠粘劑的重點(diǎn)研究課題。
2.節能環(huán)保領(lǐng)域用膠
(1)塑料包裝復合材料用膠
塑料包裝復合材料是用膠粘劑將多層不同特性的薄膜粘合成一個(gè)整體的塑料包裝材料,由不同的薄膜材料復合形成的包裝材料具有防潮、防透光、耐蒸煮、耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于各種食品、飲品、藥品、生活用品和醫療用品的包裝。我國塑料包裝復合材料的市場(chǎng)巨大,用于包裝材料復合的膠粘劑主要為聚氨酯復膜膠,據報道2009年的產(chǎn)量已達到21.5萬(wàn)噸,較2008年增長(cháng)26.5%。但目前所用的聚氨酯復膜膠幾乎都是溶劑型產(chǎn)品,在生產(chǎn)、運輸、使用過(guò)程中存在溶劑排放、耗能、溶劑殘留及安全隱患等問(wèn)題。
無(wú)溶劑聚氨酯復膜膠完全解決了上述溶劑型產(chǎn)品存在的問(wèn)題,屬于節能環(huán)保型產(chǎn)品。從20世紀80年代起,歐美等發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始大量使用無(wú)溶劑復膜膠,新增復合生產(chǎn)線(xiàn)用膠量幾乎都是無(wú)溶劑復膜膠。我國無(wú)溶劑復合技術(shù)起步較晚,無(wú)溶劑復膜膠的用量占復膜膠總量的比例還很低。近幾年,隨著(zhù)國家對環(huán)保、安全、衛生的重視程度越來(lái)越高,以及生產(chǎn)商和用戶(hù)環(huán)保、安全、衛生意識的提高,無(wú)溶劑聚氨酯復膜膠的應用明顯擴大,估計2010年用量1100噸,較2009年增長(cháng)了30%左右。隨著(zhù)政府對節能減排要求的提高,新實(shí)施的國家標準GB/T 10004-2008對復合包裝材料中的溶劑殘留總量的限制,越來(lái)越多的用戶(hù)要求產(chǎn)品符合美國食品藥品管理局21FDA CFR170-178法規及歐盟2002/72/EC指令,加之無(wú)溶劑復合設備及膠粘劑的國產(chǎn)化,加速了無(wú)溶劑復膜膠的推廣速度,今后幾年無(wú)溶劑聚氨酯復膜膠市場(chǎng)需求的增長(cháng)將更快,最終完全取代無(wú)溶劑型產(chǎn)品。
(2)汽車(chē)輕量化用膠
我國是汽車(chē)生產(chǎn)和消費大國,從2005年至2010年我國的汽車(chē)銷(xiāo)量年平均增長(cháng)率達到了24.4%,2009年中國汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量雙雙突破1300萬(wàn)輛,成為世界第一汽車(chē)生產(chǎn)和消費國,今后幾年還將保持10%以上的增速。我國在汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展的同時(shí),面臨著(zhù)能源和環(huán)境壓力也越來(lái)越大。因此,汽車(chē)輕量化越來(lái)越得到政府的重視和鼓勵,成為我國汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主要方向。隨著(zhù)汽車(chē)輕量化進(jìn)程的推進(jìn),鋁、鎂、陶瓷、塑料、玻璃纖維或碳纖維復合材料等輕質(zhì)材料在汽車(chē)上的應用越來(lái)越多,這些材料大部分無(wú)法采用焊接、鉚接等傳統的連接工藝,需要用結構膠粘劑進(jìn)行粘接。同時(shí),玻璃鋼部件在汽車(chē)上應用的增加,也增加了對基體樹(shù)脂的需求量。據中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )統計,2010年我國汽車(chē)產(chǎn)量為1,800萬(wàn)輛,汽車(chē)膠粘劑用量約為15.7萬(wàn)噸,其中結構膠膠粘劑用量約為11.1萬(wàn)噸。隨著(zhù)汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展,汽車(chē)結構膠粘劑用量的增速將會(huì )明顯高于汽車(chē)產(chǎn)量的增速,為結構膠粘劑在汽車(chē)領(lǐng)域中的應用提供了廣闊空間。當然,汽車(chē)輕量化不僅對膠粘劑的需求量增加了,同時(shí)也對膠粘劑提出來(lái)更高的要求,如對新型工程塑料、復合材料的粘接強度高,耐候性和耐疲勞性好等要求。
(3)節能建筑用膠
由于玻璃鋼材料具有很多優(yōu)點(diǎn),如具有很好的可設計性、力學(xué)性能、裝飾性、透光性、隔熱性、隔音性、電性能、耐化學(xué)腐蝕性,在建筑工業(yè)中大量使用了玻璃鋼材料,即可用作承載結構,也可用作輔助結構或裝飾材料,對減輕建筑物自重,提高建筑物的使用功能,改革建筑設計,加速施工進(jìn)度,降低工程造價(jià),提高經(jīng)濟效益和節能環(huán)保等都十分有利。
玻璃鋼材料的制造需要大量的環(huán)氧基體樹(shù)脂,同時(shí)玻璃鋼材料的應用還需要大量環(huán)氧結構膠進(jìn)行粘接。估計2010年環(huán)氧建筑膠粘劑需求量為1.2萬(wàn)噸,預計2014年需求量將達到1.6萬(wàn)噸,其中建筑加固用膠2800噸。此外,隨著(zhù)其他新型設計和新型復合材料在建筑中的應用,對結構膠粘劑的需求量還會(huì )不斷增加。
(4)水處理設備用膠
水處理是環(huán)境保護的關(guān)鍵問(wèn)題之一,水處理技術(shù)受到了極大的重視,超濾膜凈水技術(shù)是一種重大創(chuàng )新性技術(shù),與其他水處理技術(shù)相比,處理效率高、效果好、能耗低,是一種環(huán)保節能兼備的新技術(shù)。超濾膜凈水設備廣泛應用于飲用水處理、海水淡化、污水回用、醫藥、食品、飲料、生物等領(lǐng)域。超濾膜凈水設備的核心技術(shù)是超濾膜的制備,此外超濾膜濾芯的封端技術(shù)也非常關(guān)鍵。目前超濾膜凈水設備的封端樹(shù)脂主要為環(huán)氧樹(shù)脂,要求環(huán)氧樹(shù)脂的強度高、密封性好以及工藝性好。估計國內2010年超濾膜凈水設備澆注樹(shù)脂用量約為3750噸。根據中國膜工業(yè)協(xié)會(huì )的預計,2010年~2015年國內超濾膜產(chǎn)量將以20%~25%的速度增長(cháng),到2015年超濾膜凈水設備澆注樹(shù)脂的需求量將達到9150噸。
3.其他領(lǐng)域用膠
除了上述新能源和節能環(huán)保領(lǐng)域外,航空航天、絕緣材料、工藝品以及其他玻璃鋼產(chǎn)品制造領(lǐng)域也對環(huán)氧結構膠和環(huán)氧基體樹(shù)脂有很大的需求量。相關(guān)統計數據表明,我國今后20年航天航空用環(huán)氧結構膠需求量為4000噸,2015年絕緣材料用基體樹(shù)脂將達到8500噸,2014年工藝品制造用基體樹(shù)脂可達到4000噸,其他玻璃鋼材料用基體樹(shù)脂用量約70萬(wàn)噸。