纖維素酶行業(yè)前景

纖維素酶行業(yè)前景

纖維素醚的應(yīng)用與功能纖維素醚有工業(yè)味精之美譽，具有溶液增稠性、良好水溶性、懸浮或乳膠穩(wěn)定性、成膜性、保水性、黏合性等優(yōu)良性能，同時無毒、無味，被廣泛應(yīng)用于建材、醫(yī)藥、食品、紡織、日化、石油開采、采礦、造紙、聚合反應(yīng)及航天航空等諸多領(lǐng)域。纖維素醚具有用途廣、單位使用量小、改性效果好、對環(huán)境友好等優(yōu)點，在其添加領(lǐng)域內(nèi)可明顯改善和優(yōu)化產(chǎn)品性能，有利于提高資源利用效率和產(chǎn)品附加值，是國民經(jīng)濟各領(lǐng)域必不可少的環(huán)保型添加劑。纖維素醚的分類纖維素（cellulose）是植物細胞壁的主要成分，是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上。其中，棉花的纖維素含量接近100%，是天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40～50%，還有10~30%的半纖維素和20～30%的木質(zhì)素。纖維素醚按照取代基的數(shù)量可以分為單一醚和混合醚，按照電離性可以分為離子型纖維素醚和非離子型纖維素醚。纖維素醚行業(yè)與上下游之間的關(guān)系生產(chǎn)非離子型纖維素醚的主要原材料為棉漿粕（或木漿）等纖維素和化工原料，如環(huán)氧乙烷、醇類溶劑、氫氧化鈉、冰醋酸及其他輔料等。本行業(yè)的上游包括棉漿粕、木漿等纖維素加工企業(yè)以及化工原料生產(chǎn)企業(yè)。以上主要原材料價格波動對纖維素醚的生產(chǎn)成本和售價會產(chǎn)生不同程度的影響。纖維素醚下游行業(yè)覆蓋國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域，主要包括涂料、建筑材料、日化用品、油氣開采、制藥、食品、紡織、造紙等。纖維素醚是由纖維素經(jīng)過醚化反應(yīng)得來，而棉、木纖維素是自然界最為主要的纖維素，纖維素醚生產(chǎn)主要原材料即為棉漿粕和木漿。相較于木漿，棉漿粕聚合度更高，醚化反應(yīng)更為充分，中高端纖維素醚產(chǎn)品多選擇棉漿粕作為主要原材料。近年來，棉漿粕價格受上游棉短絨價格及供求關(guān)系影響，存在一定的價格波動。與此同時，由于環(huán)保政策趨嚴及工藝技術(shù)限制，棉漿粕生產(chǎn)行業(yè)集中度持續(xù)提升，以上因素對行業(yè)棉漿粕采購價格及供應(yīng)商選擇存在一定影響。環(huán)氧乙烷等化工產(chǎn)品屬于石化工業(yè)中的常用化工產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)遍及全國各地，市場競爭充分，產(chǎn)能充足，可有效保證行業(yè)高品質(zhì)的原材料供應(yīng)。纖維素醚行業(yè)發(fā)展歷程（一）非離子型纖維素醚行業(yè)發(fā)展歷程1905年，世界首次實現(xiàn)了纖維素醚化，采用硫酸二甲酯與堿溶脹的纖維素進行了甲基化。非離子型纖維素醚由Lilienfeld于1912年獲得專利，Dreyfus（1914年）和Leuchs（1920年）分別得到水溶性和油溶性纖維素醚。Hubert于1920年制得HEC。在20世紀20年代早期，羧甲基纖維素在德國實現(xiàn)商業(yè)化。1937年至1938年美國實現(xiàn)了MC和HEC的工業(yè)化生產(chǎn)。1945年后，纖維素醚的生產(chǎn)在西歐、美國及日本迅速擴展。經(jīng)過近百年發(fā)展，非離子型纖維素醚已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)普遍使用的化工原材料。在非離子型纖維素醚的生產(chǎn)工藝水平、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域等方面，發(fā)展中國家和發(fā)達國家仍存在一定差距。在生產(chǎn)工藝方面，歐洲、北美、日本為主的發(fā)達國家技術(shù)、工藝相對成熟，以生產(chǎn)涂料、食品、醫(yī)藥等高端應(yīng)用產(chǎn)品為主；發(fā)展中國家則以CMC和HPMC等需求量大、工藝難度要求相對較低的纖維素醚產(chǎn)品生產(chǎn)為主，并以建筑材料領(lǐng)域為主要消費市場。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，歐美等發(fā)達國家由于起步較早、研發(fā)實力雄厚等因素，其纖維素醚產(chǎn)品已經(jīng)形成了較為完整和成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，下游應(yīng)用范圍覆蓋國民經(jīng)濟多個領(lǐng)域；而發(fā)展中國家由于纖維素醚行業(yè)發(fā)展時間較短，應(yīng)用范圍小于發(fā)達國家，但隨著發(fā)展中國家經(jīng)濟發(fā)展水平逐漸提升，產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善，應(yīng)用范圍不斷拓展。（二）HEC行業(yè)發(fā)展歷程HEC是一種重要的羥烷基纖維素，也是世界范圍內(nèi)生產(chǎn)量較大的一種水溶性纖維素醚。采用液體環(huán)氧乙烷作為醚化劑制備HEC開創(chuàng)了纖維素醚生產(chǎn)的新工藝，相關(guān)核心技術(shù)工藝、產(chǎn)能主要集中于歐美、日本、韓國的大型化工廠商。我國HEC最早于1977年開始由無錫化工研究所、哈爾濱化工六廠等進行研制，此后隨著我國非離子型纖維素醚工業(yè)的發(fā)展完善和市場的健全，部分纖維素醚廠商開始自主研發(fā)生產(chǎn)HEC產(chǎn)品。但因工藝技術(shù)相對落后、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差等因素，未能與國際廠商形成有效競爭。近年來，銀鷹新材等國產(chǎn)廠商逐步突破技術(shù)壁壘、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，形成了穩(wěn)定質(zhì)量產(chǎn)品的量產(chǎn)能力并被下游廠商納入采購范圍，不斷推進進程。纖維素醚是纖維素大分子上羥基被醚基團部分或全部取代的產(chǎn)品，對于羥烷基纖維素而言，取代反應(yīng)會從新的自有羥基上再開始醚化，其取代程度可以用MS值進行量化，即摩爾取代度。相對較高且均勻的取代度意味著醚化反應(yīng)充分，是獲得良好生物穩(wěn)定性和防霉性的前提。對于HEC為主的增稠劑配方，如果生物穩(wěn)定性差，會導(dǎo)致涂料失去粘度，從而導(dǎo)致儲存過程中出現(xiàn)嚴重的分層，進而影響涂料開罐狀態(tài)和外觀。纖維素醚以膠體形式溶解于水中，纖維素醚的保水和增稠作用主要取決于加入溶液中纖維素本身的粘度、摻加量以及反應(yīng)工藝的控制。因此對于不同類型下游應(yīng)用產(chǎn)品特性和施工需求需要提供相應(yīng)粘度產(chǎn)品，目前超高粘度和超低粘度的纖維素醚產(chǎn)品生產(chǎn)均存在較高的技術(shù)門檻。細度纖維素醚的細度影響其溶解度，細度越低其在水中溶解速度越快。干燥失重率是指一定溫度下干燥纖維素醚，其損失的物質(zhì)質(zhì)量占原樣品質(zhì)量的百分含量。對于一定質(zhì)量的纖維素醚干燥失重率過高，會降低纖維素醚中有效成分含量，影響應(yīng)用效果。在纖維素醚生產(chǎn)過程中，無論是原料纖維素還是初步形成的纖維素醚都處于混合的多相狀態(tài)下，由于攪拌方式、物料配比以及原料形態(tài)等差異，通過多相反應(yīng)得到的纖維素醚從理論上講都是不均勻的，醚基團的位置、數(shù)量以及產(chǎn)物純度都存在差異，即得到的纖維素醚在不同纖維素大分子鏈上、同一纖維素大分子上不同的葡萄糖環(huán)基上以及每個纖維素環(huán)基上C（2）、C（3）和C（6）上取代的數(shù)量和分布都有差異。如何解決取代不均勻問題，是纖維素醚生產(chǎn)過程中工藝控制的關(guān)鍵所在。纖維素醚行業(yè)發(fā)展態(tài)勢（一）HEC行業(yè)發(fā)展態(tài)勢目前國內(nèi)HEC行業(yè)主要發(fā)展態(tài)勢為頭部內(nèi)資企業(yè)與大型跨國廠商之間的競爭。長期以來以美國亞什蘭、美國陶氏化學(xué)、日本信越、韓國樂天、諾力昂等企業(yè)為代表的大型跨國廠商憑借產(chǎn)品線完整、技術(shù)領(lǐng)先、研發(fā)能力強、品牌影響力高等優(yōu)勢，占據(jù)HEC行業(yè)的大部分市場份額；而我國在該領(lǐng)域起步較晚，早期多數(shù)廠商由于資金實力弱及技術(shù)工藝水平不足，生產(chǎn)的產(chǎn)品在粘度、生物穩(wěn)定性、成品雜質(zhì)等方面難以達到下游客戶對添加劑的質(zhì)量要求。近十年來隨著國家產(chǎn)業(yè)政策扶持以及國內(nèi)廠商在工藝技術(shù)方面的不斷突破，國內(nèi)HEC行業(yè)進入快速發(fā)展階段，形成了以銀鷹新材等企業(yè)為代表的國產(chǎn)陣營，其自主核心產(chǎn)品技術(shù)指標已經(jīng)達到國際廠商同類產(chǎn)品的水平，憑借穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、較高的性價比和完善的售前、售后服務(wù)形成了較強的市場競爭力，對大型跨國廠商的市場地位形成挑戰(zhàn)。根據(jù)前文測算，國內(nèi)2021年水性涂料對涂料級HEC年需求量約為3．40萬噸，全球2020年水性涂料對涂料級HEC年需求量約為18．40萬噸，而主要內(nèi)資企業(yè)HEC（納入行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計、全用途）產(chǎn)量僅為1．21萬噸，未來仍有較大的空間。目前國內(nèi)具備規(guī)模化生產(chǎn)高質(zhì)量HEC的企業(yè)相對較少，行業(yè)內(nèi)多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小、生產(chǎn)工藝相對落后、質(zhì)量控制不穩(wěn)定，整體競爭實力較弱。同時，隨著國家日益加大對環(huán)境污染行為和環(huán)保違規(guī)的執(zhí)法處罰力度，行業(yè)內(nèi)無法滿足環(huán)保要求企業(yè)將逐步關(guān)停或減產(chǎn)，我國HEC市場份額將進一步向具有核心技術(shù)工藝、環(huán)保達標、具備批量生產(chǎn)高質(zhì)量HEC產(chǎn)品能力的頭部企業(yè)集中。（二）MHEC行業(yè)發(fā)展態(tài)勢MHEC產(chǎn)品與HPMC產(chǎn)品均主要應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域，作為增稠、保水、緩凝等功能助劑，用于改善和優(yōu)化包括砂漿、膩子等在內(nèi)的建筑材料產(chǎn)品性能，提高建筑施工效率。經(jīng)過幾十年的努力，中國纖維素醚產(chǎn)業(yè)取得長足發(fā)展，已在建材級產(chǎn)品市場形成了較大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和本土化優(yōu)勢，基本實現(xiàn)了替代進口產(chǎn)品，內(nèi)資廠商是國內(nèi)建材級纖維素醚的主要供應(yīng)商。建材級纖維素醚主要包括HPMC和MHEC，相較于HPMC，MHEC具有凝膠溫度較高的優(yōu)點，可通過調(diào)節(jié)羥乙氧基的含量，進而調(diào)整凝膠溫度，若用于混合砂漿中，則有利于高溫情況下延遲水泥漿體電化學(xué)反應(yīng)、提高漿體的保水率和拉伸粘結(jié)強度等效果。但由于MHEC的生產(chǎn)成本及售價高于HPMC，建材廠商多選擇HPMC作為主要的增稠劑。因此，HPMC是目前建材助劑領(lǐng)域最為主要的纖維素醚產(chǎn)品，MHEC基于其特殊性質(zhì)在特定用途建筑材料領(lǐng)域仍有其適用性和發(fā)展前景。醫(yī)藥級纖維素醚的市場發(fā)展趨勢纖維素醚廣泛應(yīng)用于藥品的薄膜包衣、粘合劑、藥膜劑、軟膏劑、分散劑、植物膠囊、緩控釋制劑等領(lǐng)域。纖維素醚作為骨架材料，具有延長藥效時間、促進藥品分散和溶解等作用；作為膠囊和包衣時，可避免降解發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，是生產(chǎn)藥用輔料的重要原料。醫(yī)藥級纖維素醚在發(fā)達國家應(yīng)用技術(shù)成熟。纖維素醚行業(yè)概況（一）纖維素醚簡介纖維素醚是纖維素與醚化劑在一定條件下反應(yīng)生成的一系列纖維素衍生物的總稱，是纖維素大分子上羥基被醚基團部分或全部取代的產(chǎn)品。纖維素醚的主要基礎(chǔ)反應(yīng)物纖維素是一種豐富的天然有機可再生資源，主要來源于陸生、海底植物和動物體內(nèi)。纖維素根據(jù)來源可分為兩大類：一類為棉、木、麻和各種秸稈等植物纖維素；另一類來自動物細菌、海底生物和各類動物體內(nèi)的動物纖維素。對纖維素醚的工業(yè)生產(chǎn)來說，所用的原料纖維素主要是棉、木纖維素兩大類，其中棉纖維素主要是通過除去長絨后殘留在棉籽殼上長度小于10㎜的棉短絨（纖維素含量約為65%-80%）經(jīng)精制工藝而制得的纖維素含量達到99．50%以上的棉漿粕；而木纖維素是不同種類木材（木材中通常含有35%-45%的纖維素）通過亞硫酸氫鹽工藝等方式加工制成纖維素含量較高的木漿。由于纖維素大分子存在鏈內(nèi)、鏈間氫鍵，很難溶解在水和幾乎所有的有機溶劑中，但經(jīng)過醚化引入醚基團，破壞了分子內(nèi)、分子間氫鍵，改善了其親水性，使其在水介質(zhì)中的溶解性大大提高。纖維素醚具備多種重要的性質(zhì)，具體包括：溶液增稠性，良好的水溶性，懸浮或乳膠穩(wěn)定性，膠體保護性，成膜性，保水性，粘合性，無毒、無味、生物相容性等。由于具備以上特性，纖維素醚在涂料、建筑材料、日化用品、油氣開采、制藥、食品、紡織、造紙等諸多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。（二）纖維素醚的分類1、纖維素醚按化學(xué)特性分類纖維素醚可以是單醚，也可以是混合醚，其性能具有一定差異。在纖維素大分子上有低取代的親水性基團，如羥乙基基團，就可以賦予產(chǎn)物一定的親水性；而對于憎水性基團，如甲基、乙基等，只有中等取代度才能賦予產(chǎn)物一定的水溶性。根據(jù)纖維素取代基種類、電離性和溶解性差異，可以將纖維素醚進行分類。2、纖維素醚按應(yīng)用領(lǐng)域分類纖維素醚常用于乳膠涂料和水漿涂料，主要起到增稠、乳化、分散、穩(wěn)定和保水作用，且與顏料、填料等其他材料有很好的相容性，施工性好，不易滴落、流掛和飛濺，流平性也較好。纖維素醚在建筑材料領(lǐng)域具有廣泛用途，可以作為緩凝劑、保水劑、增稠劑和粘結(jié)劑。在干混砂漿、抗裂內(nèi)外墻膩子、石膏灰泥等材料中，纖維素醚對灰泥體系的保水性、水需求量、堅固性、緩凝性有著重要影響。日化用品水溶性纖維素醚可作為增稠劑、賦形劑、懸浮劑等添加到面膜、洗液和洗發(fā)水、清潔劑等日化用品中。纖維素醚可用于油氣開采鉆井液和固井液的降濾失劑和控黏劑。在壓裂液中，纖維素醚可以作為凝膠聚合物、防止流體損失劑和減摩擦劑，還可以作為驅(qū)油劑，抵抗各種可溶性鹽污染，提高油氣開采量。制藥纖維素醚是一種重要的藥用輔料，作為生產(chǎn)薄膜包衣、粘合劑、藥膜劑、軟膏劑、分散劑、植物膠囊、緩控釋制劑等藥用輔料。食品纖維素醚是安全的食品添加劑，可應(yīng)用于食品增粘劑、穩(wěn)定劑和保濕劑。其他除以上用途外，纖維素醚還可用于陶瓷生產(chǎn)、紡織、造紙、農(nóng)業(yè)及高分子聚合等領(lǐng)域，具有廣泛的適用范圍。3、纖維素醚行業(yè)通用分類行業(yè)內(nèi)通常將纖維素醚產(chǎn)品按照離子型和非離子型纖維素醚進行劃分，中國纖維素行業(yè)協(xié)會即下設(shè)離子型和非離子型纖維素醚兩個分會。非離子型纖維素醚包括HPMC、HEC、MHEC、MC、HPC等，多作為成膜劑、粘結(jié)劑、分散劑、保水