包邮精细化学品化学

第1章 绪论 1.1 精细化学品的定义与分类 精细化学品一般指的是批量小、对纯度或质量要求高、分子结构复杂、具有特定功能或应用性能、附加值高的化工产品。生产精细化学品的工业通称精细化学工业，简称精细化工。精细化学品是相对于产量大、应用范围广泛、分子结构较为简单的大宗化学品而言的。 精细化学品的分类方法主要有两种，分别是按照性质与产量分类和按照功能与用途分类。按照性质与产量，可以将化学品分为以下四类。 1. 通用化学品 通用化学品指大批量生产的性质和功能无差别的化学品。此类化学品通常有固定熔点或沸点，有明确的化学结构，如硫酸、盐酸等无机酸，氢氧化钠、氢氧化钾等无机碱，氯化钠、碳酸钠等无机盐，以及有机物中的甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、乙酸、甲苯、氯苯、苯胺、苯酚等。 2. 准通用化学品 准通用化学品指较大批量生产的性质和功能有差别的化学品。此类化学品的分子结构、熔点或沸点常因应用需求和生产厂家的不同而有所差异，如塑料、合成纤维、合成橡胶等合成材料。 3. 精细化学品 精细化学品指小批量生产的性质无差别的化学品。此类化学品有固定的熔点或沸点，有明确的化学结构，如原料医药、原料农药、染料粗品、颜料粗品等。 4. 专用化学品 专用化学品指小批量生产的性质和功能有差别的化学品。此类化学品的性质和功能与应用领域、应用范围和应用方法的对应性很强，如不同制剂的成品医药和农药、不同剂型的商品染料和颜料、不同载体和形貌的催化剂等。 本书涉及的是广泛意义上的精细化学品，包括上述分类中的精细化学品和专用化学品。 精细化学品通常本身具有特定的功能，或者能够增进、赋予其他产品以特定的功能。特定的功能主要包括特定的化学作用，如染色、脱污、去杂、阻燃等；特定的物理性能和效应，如耐高温、高强度、超硬度、压电、热电等；以及特定的生物活性，如增进或赋予生物体新陈代谢、生长能力和抵抗能力等。 将精细化学品按照功能与用途分类时，由于各个国家的生产和管理体制不同，分类方式也有所不同。例如，日本在20世纪60年代将精细化学品从化学工业中划分出来，1981年在《精细化工产品年鉴》中提出34类精细化学品，即医药、兽药、农药、合成染料、涂料、有机颜料、油墨、黏合剂、催化剂、试剂、香料、表面活性剂、合成洗涤剂、化妆品、感光材料、橡胶助剂、增塑剂、稳定剂、塑料添加剂、石油添加剂、饲料添加剂、食品添加剂、高分子凝聚剂、工业杀菌防霉剂、芳香消臭剂、纸浆及纸化学品、汽车化学品、脂肪酸及其衍生物、稀土金属化合物、电子材料、精密陶瓷、功能树脂、生命体化学品和化学促进生命物质等。 我国精细化学品分类的依据是原化学工业部于1986年3月6日颁布的《关于精细化工产品的分类的暂行规定》，其规定精细化工产品包括11个产品类别，即农药、染料、涂料(包括油漆和油墨)、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品(包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化学品)、食品和饲料添加剂、黏合剂、催化剂和各种助剂、化工系统生产的化学药品(原料药)和日用化学品、高分子聚合物中的功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。每一个类别中又包含很多小类。例如，催化剂和各种助剂又分为催化剂、印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、水处理剂、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、高分子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革助剂、农药用助剂、油田用化学品、混凝土用添加剂、机械和冶金用助剂、油品添加剂、炭黑(橡胶制品的补强剂)、吸附剂、电子工业专用化学品、纸张用添加剂、其他助剂等20个小类。再如，印染助剂又可细分为分散剂、固色剂、匀染剂、涂料印花助剂、树脂整理剂、柔软剂、抗静电剂、防水剂、防火阻燃剂等。随着科学技术的发展，具有新功能和新化学结构的精细化学品不断涌现，因此精细化学品的类型不断增加，其分类方法也不是绝对不变的。 1.2 精细化学品的特点 精细化学品的应用领域十分广阔，可以直接用作*终产品或者产品的主要成分，如染料、颜料、医药、农药、香精和香料等，也可以为其他产品增加或赋予相应的功能，如塑料增塑剂、颜料分散剂等。精细化学品的特点主要有5个方面。 1. 专用性强 任何一种化工产品都有各自的功能。例如，化肥是植物的营养剂，塑料具有一定的强度，甲苯能够溶解特定的物质。与上述大宗化学品不同，精细化学品则需要具有特定的功能，应用对象的范围小，专用性强。例如，酸性染料主要用于丝绸、羊毛、皮革和尼龙的染色，直接染料则主要用于棉、麻的染色，而分散染料主要用于涤纶纤维的染色。再如，表面活性剂根据其分子结构的不同而具有乳化、增溶、发泡、分散等不同的功能，并且与表面活性剂发生作用的基质不同，体系的溶剂或介质不同，所使用的表面活性剂的品种也不同。医药更是如此，不同的药物用于治疗不同的病症，如阿司匹林专门用于解热镇痛，而氧氟沙星则主要用于由葡萄球菌、链球菌等革兰阳性菌所引起的急、慢性感染。在农药中，针对害虫、病菌、杂草等防治对象在形态、行为、生理代谢方面的差异，需要使用不同分子结构类型和剂型的农药产品。 2. 小批量，多品种 精细化学品的功能性和专用性决定了其相对于大宗化学品具有品种多和小批量生产制造的特点。例如，染料和颜料在对纺织品和涂料等进行着色时其用量通常为着色基质质量的3%～5%，合成药物的患者服用量以毫克计，而光电器件的功能层通常为纳米薄膜。因此，对于每一种确定功能和用途的精细化学品，其产量相对较小，有的特殊功能的精细化学品甚至在实验室合成生产。在品种方面，对于每一个门类的精细化学品，其数量通常十分庞大。例如，《染料索引》中记载的世界各国生产的不同结构的染料和颜料品种多达5000余种，年产量在80t左右，其中已经公布化学结构的有1000多种。此外，还存在同一分子结构的染料或颜料因应用需求而有多种剂型的产品，以及多种产品复配产生新的产品等情况。 3. 多采用间歇式生产工艺 这是由精细化学品小批量、多品种的特点决定的。精细化学品分子结构虽然较为复杂，但总体上是由主体结构和功能性基团两个部分构成。其中，主体结构可以是脂链、脂环、芳环或杂环；不同的取代基，如卤素、磺酸基、硝基、氨基或取代的氨基、羰基、酰胺基、烃基、烷氧基或芳氧基等，则具有不同的特定功能，它们都是通过卤化、磺化、硝化、氧化、还原、烃基化和酰基化等单元反应引入主体结构。精细化学品的合成过程基本上是由各种单元反应按照设计好的路线组合而成的，有的需要几步反应，有的则需要几十步反应。因此，生产中往往采用综合性生产流程和多功能生产装置，按照合成产品的单元反应组建生产流程，根据产品更新调整生产能力和品种，灵活性强。 4. 技术密集程度高 首先，精细化学品的分子结构、剂型和应用方法较为复杂，生产流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制要求严格，提纯和后处理方法多，很多产品还需要特殊的制剂(剂型)和商品化(标准化)等技术。而且，随着高新技术的不断发展，对精细化学品的质量和性能的要求不断提高。由于应用对象的特殊性，单一的化合物往往很难满足应用的要求，因此复配和应用配方的研究对应用效果起到决定性的作用，技术含量高。其次，精细化学品的更新换代快，市场寿命短，技术专用性强，市场竞争激烈，需要不断进行新产品的技术开发和应用技术的研究，并且技术服务在产品获得市场的过程中起到十分重要的作用。*后，精细化学品的研发过程涉及市场调查、产品合成方法和工艺研究、产品应用技术研究等，耗时长，成功率低，费用高。例如，一种新药的开发往往需要5～10年甚至更长的时间，耗资可达数千万美元。再如，能够得到实际应用的合成染料的开发成功率为1/8000～1/6000。 5. 附加价值高，销售利润大 附加价值是指在产品的产值中扣除原材料、税金、设备和厂房的折旧费后，剩余部分的价值。其实际是指产品从原料开始，经过生产加工，到制成产品的过程中实际增加的价值，包括利润、工人劳动、动力消耗及技术开发等费用。可见，附加价值不等于利润，因为产品的加工深度越高，技术开发的费用也会增加，工人劳动及动力消耗也越大。需要指出的是，在配制新品种、新剂型时，技术上的难度并不一定很大，但新产品的销售价格往往大大超过其原品种或粗产品，利润也会大大提高。 1.3 精细化工的发展趋势 1.3.1 世界精细化工总体发展态势 经济和工农业的发展、科技的进步和人类的生存、生活需求是推动精细化学品和精细化工行业发展的动力。20世纪70年代，工业发达国家的石油化工已经具有一定的规模，具备了精细化学品开发、生产的原料和技术基础。两次能源危机促使了化工行业的产品结构由大批量、低价值的大宗化学品向功能性、高附加值的精细化学品的转化。 美国、日本、欧洲等化学工业发达国家及地区始终十分重视精细化工行业的发展，把发展精细化工作为调整产业结构、促进经济发展、保障新技术应用、增强国际竞争力的有效举措。 (1) 精细化学品销售收入快速增长，精细化工率不断提高。精细化工率即精细化学工业产值占化学工业总产值的比例，被认为是衡量一个国家或地区化学工业技术水平的重要标志。美国、日本和西欧等化学工业发达的国家和地区精细化工也*为发达，其精细化学品销售额约占世界总销售额的75%以上，精细化工率已达到60%～70%，瑞士的精细化工率甚至达到了100%。近几年，全球化工产品年总销售额约为1.5万亿美元，其中精细化学品和专用化学品的年总销售额约为3800亿美元，且以年均5%～6%的比例增长，高于化学工业2%～3%的总体水平。 (2) 加强技术创新，调整和优化精细化工产品结构。重点开发高性能化、专用化、绿色化产品，已成为当前世界精细化工发展的重要特征，也是今后世界精细化工发展的重点方向。例如，日本近年来逐步缩减合成染料和传统精细化学品市场，取而代之的是大量开发功能性、绿色化等高端精细化学品，从而大大提升了精细化工的产业能级和经济效益。其重点开发的用于半导体和平板显示器等电子领域的功能性精细化学品，使日本在信息记录和显示材料等高端产品领域建立了主导地位。 (3) 兼并重组，增强核心竞争力。许多著名公司通过兼并、收购或重组，调整经营结构，退出没有竞争力的行业，发挥自己的专长和优势，加大对有竞争力行业的投入，重点发展具有优势的精细化学品，以巩固和扩大市场份额，提高经济效益和国际竞争力。例如，2005年世界著名的橡胶助剂生产商美国康普顿公司投入20亿美元收购了大湖化学公司，成立科聚亚公司，成为继罗姆哈斯公司和安格公司后的美国第三大精细化工公司和全球*大的塑料添加剂生产商。新公司的产品包括塑料添加剂、石化添加剂、阻燃剂、有机金属、聚氨酯、泳池及温泉维护产品、农业化学品等，在高价值产品的市场上具有领导地位，精细化学品的年销售额剧增。 1.3.2 我国精细化工的发展状况 我国的精细化工行业初步建立于新中国成立以后，主要为了解决染料、医药及其中间体等依赖进口的问题。**个五年计划(1953～1957年)期间建立了精细化学品的生产基地、研究单位，并在高等学校设置了培养相关人才的专业。染料、颜料、助剂、涂料、农药等在新中国成立后较早发展起来的精细化学品一般被认为是传统精细化学品。 20世纪70～80年代引进现代化生产装置，是精细化学品的大规模生产进行配套的阶段，并重点开发了催化剂、助剂、溶剂等产品。之后，新领域精细化学品的类型和品种不断丰富，如饲料添加剂、食品添加剂、工业表面活性剂、水处理剂、皮革化学品、油品化学品、胶黏剂、电子化学品、生物化学品等，得到了迅速发展。 20世纪90年代中期以后，随着生物、能源、电子、信息等高新技术领域的发展，高性能和高质量的现代医药、电子信息材料、能量转化材料、储能材料、智能材料、传感材料等精细化学品的需求不断增加，成为占主要地位的新领域精细化学品和