需求篇之一：有机硅的前世今生

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  有机硅材料是一类以Si-O-Si为主链、在Si原子上直接连接有机基团的聚合物。有机硅发展历史悠远长久，生产流程复杂，涉及到多个物理化学反应。此外，有机硅与即将上市的工业硅期货关联较为紧密，有机硅基本面的变化也会对工业硅的基本面产生一定影响，可以让我们探究其背后的联系。

  供应方面，有机硅市场规模较大，全球龙头公司积极扩产创新，国内产量也在稳步增长，受益于“中国制造2025”、“一带一路”等一系列发展规划利好，国内不少企业也加快了产能扩展步伐。

  需求方面，有机硅消费量近年变动不大，主因其消费领域较为分散，遍布建筑、制造、居民消费等多个领域，所以需求通常受宏观经济波动影响显著。

  成本方面，工业硅和氯甲烷在有机硅成本中占比较高，两种原材料价格的变动对有机硅成本变动影响显著，并进一步对有机硅开工及利润产生影响。

  总的来说，有机硅是工业硅的重要下游，过去多年以来引领工业硅的消费增长。展望未来，有机硅行业仍有较大的发展空间，而工业硅作为有机硅占比最大的成本构成部分，工业硅期货上市也将为有机硅行业的稳步发展贡献重要力量。

  有机硅材料是一类以Si-O-Si为主链，在Si原子上直接连接有机基团的聚合物，其特殊的分子结构赋予了其广泛的可设计性，可适应各行业不同的个性化需求。有机硅的发展源远流长，最早可追溯至18世纪，为了进一步了解并认识有机硅，我们第一步介绍有机硅在世界及中国的发展历程。

  早在18世纪的时候，法国化学家C.Fredel和J.M.Crafts就以四氯化硅为原料与二乙基锌在封管中进行高温反应，最早制得了有机硅化合物四乙基硅烷。此后又有不少学者使用封管或使用格氏反应、钠缩合法等方法合成出了有机硅化合物。其中贡献较大的是英国化学家Frederick Stanley Kipping，他采用经典的格氏反应合成出了有机氯硅烷，并在1899-1944年之间先后发表了54篇相关论文，为后人研究打下了良好基础。此外，他还为有机硅化合物制定了命名规则，将甲硅烷（SiH4）作为命名的起始化合物，并将含硅氧键的有机硅化合物取名为“Silicone”。

  进入20世纪30年代，美国康宁玻璃公司的J.F.Hyde开始探索制备耐热的电绝缘用玻璃纤维粘结剂。他根据Kipping发表的论文，使用格氏法合成出了一种含硅的树脂，并将其用于电器绝缘，使得有机硅聚合物的优异性能开始展现在世人面前。此后，格氏法制备有机硅的工艺得到了推广，有机硅消泡剂、有机硅防水剂、有机硅涂料、二甲基硅油、硅烷偶联剂等有机硅产品相继问世，并在第二次世界大战中得到了广泛应用。

  不过格氏法制备有机硅存在一定危险性，后人又开始一直在改进有机硅制备工艺。1940年，美国通用电气公司的学者E.G.Rochow发明了氯烃在铜催化剂存在时、于高温下与硅直接反应合成烃基氯硅烷的方法，与此同时德国学者R.Muller也发现了这种方法，因而该种方法也被称为Rochow-Muller Process法。再后来，通用电气公司基于此方法，开发出了第一台合成甲基氯硅烷的流化床，为有机硅的大规模工业化生产奠定了基础。

  到20世纪末、21世纪初时，世界上已然浮现了数十个大型有机硅跨国公司，如道康宁、通用电气公司、UCC等，产业进入加快速度进行发展阶段。

  近十年来，全球的聚硅氧烷增量大多数来源于中国，受原材料、成本和市场等因素影响，海外产能增长缓慢。目前，全球聚硅氧烷产能大多分布在在中国以及西欧、北美、日、韩等发达国家和地区，但随着国内新增产能不断投放、居民消费水准不断提高，未来世界有机硅市场的增量或将慢慢的变多地由中国贡献。

  相较而言，中国的有机硅发展历史较为坎坷。建国初期，有机硅在世界上还是十分新颖的材料，当时的中国急需有机硅材料来发展自身的工业水平。不过，当时的有机硅资源都垄断在西方国家手中，西方国家还设立了“巴黎统筹委员会”，专门审查出口到中国的商品，即便出高价中国也难以买到有机硅材料。所以在建国初期，中国人就开始自力更生研发有机硅。

  1951年，国家下达任务给重工业部北京化工试验所，要求其为朝鲜战场研究防止发报机等电器在山洞里受潮的有机硅涂料。接到任务后，该所成立了专门的有机硅课题组，课题组接手后立即做了大量的文献收集和整理工作。课题组了解到，合成甲基氯硅烷需要用氯甲烷做原料，但国内并没有氯甲烷商品，课题组决定先用沸点较高的氯乙烷合成乙基氯硅烷进行尝试，经过努力，1954年乙基氯硅烷顺利合成出来，有机硅探索试验获得了成功。

  1955年，国家要求沈阳化工000698）综合试验所（由上文所提到的北京化工试验所搬迁整合而来）仿制耐500℃高温的有机硅涂料，提供给飞机制造厂用于引进的苏式米格喷气飞机的尾喷管上。从合成工艺上看，该涂料要使用到大量的正硅酸乙酯做反应介质兼溶剂，但当时市场上没有正硅酸乙酯，必须从四氯化硅与乙醇酯化做起，而四氯化硅也没有商品出售，又只能从硅铁氯化开始做起。于是课题组分头行动，在实验过程中，科研人员经常遇到汗水水汽凝结在护目镜上影响操作的情况，于是不得不摘下面具憋住呼吸做相关操作，也会遇到管道堵塞、冲击强度不达标等状况，但凭借着顽强的毅力，还是合成出了四氯化硅、正硅酸乙酯、苯基乙氧基硅烷等一系列中间原料，最终生产出了中国第一个有机硅产品——耐500℃高温的涂料，实现了对飞机制造厂的批量供给。

  虽然环境艰苦，但中国的有机硅科研却并未停下。之后的1957年，多位学者和新毕业的大学生在208车间又共同完成了甲基氯硅烷的中间试验，该试验的结果也成为了日后逐步扩大有机硅生产的试验依据。

  经过艰苦卓绝的努力，中国有机硅制造步入了加快速度进行发展期。1971年9月，中国第一台合成甲基氯硅烷流化床工艺宣告开发成功，奠定了国内流化床法直接合成甲基氯硅烷的技术基础，为日后扩大国内单体生产能力开辟了道路。改革开放后，国家又提出军需产品“寓军于民”的方针，逐步将发展有机硅建立在开拓非军工用途上，能治疗肺水肿的硅油气雾剂、能使蔬菜保鲜的有机硅气调膜等产品相继问世。

  1997年，全国甲基氯硅烷总产量历史性突破万吨大关，1998年有机硅企业星火化工厂在原有装置的基础上改建、扩建成2万吨/年的装置，进一步实现了我国有机硅生产经济规模的突破。

  进入21世纪后，国内流化床的直径都已超过1200mm，生产能力不断的提高，国内厂商逐步掌握15万吨/年及以上的单套装置设计、运行技术，单体合成技术已基本接近国际领先水平，进口替代效应显著。可以说，我国的有机硅工业，是从无到有、从小到大、完全依靠中国自己的力量慢慢地发展起来的。不过，我国的下游深加工产品尤其是高端应用产品的开发能力相较国外仍有很大的差距，目前我国已成为有机硅生产消费大国，但尚未成为有机硅强国，未来的产业高质量发展依然任重道远。

  从产业链来看，有机硅的上游原料包括氯甲烷（CH3Cl）和硅粉（Si）。氯甲烷气体与硅粉混合发生反应，生成不同甲基含量的甲基氯硅烷，主反应的化学方程式为：

  各类的甲基氯硅烷统称为粗单体，其中二甲基二氯硅烷（(CH3)2SiCl2）在单体中的用量最高。二甲基二氯硅烷是一种无色液体，可燃、易爆，沸点70.5℃，熔点-76℃，遇水会形成二氯甲烷与硅氧烷的混合物并释放出氯化氢。通常用来制造二甲基硅醚油、硅橡胶和硅树脂等产品。

  但是有机硅的粗单体易于水解，状态并不稳定，通常情况下需要将其加工为有机硅中间体进行出售或使用。有机硅中间体主要是指各类硅氧烷，包括二甲基硅氧烷混合环体（DMC）、六甲基环三硅氧烷（D3）、八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）、十二甲基环六硅氧烷（D6）等。

  DMC分子式为[(CH3)2SiO]n,n=3,4,5,6，是D3、D4、D5、D6的混合物，是一种无色透明、无游离水、无机械杂质的液体，在酸碱催化下聚合成有机硅聚合物，用来生产硅油，硅橡胶等；

  D3分子式为[(CH3)2SiO]3，是一种白色结晶固体，用来制造甲基乙烯基硅橡胶制品，也是合成其他高分子化合物的重要原料；

  D4分子式为[(CH3)2SiO]4，是一种无色透明油状液体，是硅油（改型硅油）、硅乳液、硅橡胶、硅树脂等有机硅制品的基本原料，也可直接做橡胶填料处理剂及化妆品原料；

  D5分子式为[(CH3)2SiO]5，是一种无色透明、无异味、无游离水、无机械杂质的液体，通常用于毛发和皮肤护理；

  D6分子式为[(CH3)2SiO]6，是一种清亮、无毒、无嗅、无油腻且无刺痛的液体，通常以混合环状硅氧烷的形式来制备硅油、硅橡胶。

  有机硅产业链下游最重要的包含硅橡胶、硅油、硅树脂等领域，据百川盈孚数据，下游中硅橡胶占比最高，约为67%。产业链终端应用十分广泛，包括建筑、电子电器、配件及消费品、日化和助剂等。

  由于有机硅中间体更稳定，适合作为产品营销售卖或进一步加工，所以是贸易流转较多的中间品，在投研中我们也最常通过有机硅中间体的基本面情况做分析。

  有机硅与即将上市的工业硅期货关联较为紧密。据SMM数据，2021年中国有机硅单体对工业硅需求量为89.8万吨，消费占比约为40%。有机硅基本面的变化也会对工业硅价格产生一定影响，近年来有机硅对工业硅的需求整体保持增长态势，但增速变化较大，极易受到宏观环境影响。

  为便于理解与阅读，我们将涉及到生成DMC等中间体的原料及中间产物做加粗标红处理：

  ①甲醇经汽化后与来自二甲水解工段和盐酸解析工段的 HCl 气体发生反应，生成氯甲烷气体；另一方面，来自硅粉加工装置的硅粉与氯甲烷气体在催化剂的作用下发生气固相催化反应，生成二甲基二氯硅烷单体。

  全球有机硅有突出贡献的公司包括瓦克、埃肯、合盛硅业603260）等公司，据《2021年国外有机硅进展》（李等，2022）统计，全球有机硅市场约233亿美元，7家主要上市公司有机硅业务销售额之和为99.3亿美元，利润之和为32.2亿美元。

  受国内有机硅生产所带来的成本优势显著、海外危化品管制等因素影响，有机硅外企纷纷选择转向中国市场。2021年，全球有机硅行业快速地发展，各企业的新产能不断扩张投产、技术创新不断涌现。

  我国有机硅产量近年来平稳增长，近两年同比增长维持在10%左右的水平。据百川盈孚数据，截至2022年9月，国内有机硅累积产量为143.62万吨，已超过去年全年水平。

  分区域来看，有机硅产量主要由华东地区贡献，细分省份看，主要由浙江贡献，原因或是华东地区沿海，有利于下游产品营销售卖及出口。但是也要注意到，2020年以来，新疆有机硅产量迅速增加，根本原因或是新疆煤炭资源较为丰富，电力成本相对更低，包括合盛硅业在内的多家企业纷纷选择在新疆建厂生产。

  产能方面，据百川盈孚数据，2022年，中国有机硅产能高达245万吨，其中有效产能244.25万吨，有效产能年同比增长30.79%。分企业来看，东岳、合盛、新安等头部企业的产能均达到了20万吨以上，但相较于国外企业积极布局终端产品应用，国内有机硅生产还是以单体、中间体为主。

  展望未来，有机硅性能优良，对促进相关产业升级和高新技术发展十分重要，受益于“中国制造2025”、“一带一路”等一系列发展规划利好，不少企业也加快了产能扩展步伐。

  需求方面，近五年来有机硅的消费量增长较为缓慢。据百川盈孚数据，2021年有机硅表观消费量117.7万吨，实际消费量116.92万吨，相较于2020年略有下降，根本原因或是建筑板块的消费受到了地产及基建不景气的拖累。

  从库存角度看，2021、2022两年的工厂库存在大多数时间都要高于往年同期，这也在某些特定的程度上说明了，这两年的需求向下传导不畅，有机硅并未完全被终端所消化。

  有机硅下游产品有硅橡胶、硅油、硅树脂、硅烷偶联剂等方面，其中硅橡胶又分为室温胶和高温胶两大类。硅橡胶和硅油在下游产品中占比较高，终端大范围的使用在建筑建材和电子电器领域。据百川盈孚数据，2021年，在终端消费中，建筑和电子电器的消费最高，占比分别为33.08%和28.82%。正因为有机硅消费领域比较广泛，遍布建筑、制造、居民消费等多个领域，所以需求端变化与宏观经济关联性较强。

  硅橡胶由于其耐疲劳、耐高低温、优良的电绝缘性等优良的性能应用领域广泛，其终端应用覆盖电子电器、建筑建材、航空航天、化工医疗、光伏等多个领域。

  硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，因此被广泛用作绝缘、润滑、防震油以及日用化妆品的消泡剂和纺织用处理剂等领域。

  硅树脂具有突出的耐候性，即使在紫外线强烈照射下也耐泛黄，是任何一种有机树脂所望尘莫及的。硅烷偶联剂因为其耐水、耐候等性能主要用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂，其往往能解决某些材料长期以来无法粘接的难题。

  硅烷偶联剂作为增粘剂的作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。

  气相白炭黑是一种松散、无定形、无毒、无味、无嗅，无污染、白色粉末状的非金属化合物，其原生粒径介于7～80nm之间，比表面积一般大于100㎡/g所以又称“纳米白炭黑”，由于其纳米效应在材料中表现出卓越的补强、增稠、绝缘性质被大范围的使用在添加剂、脱色剂、橡胶补强剂。

  从成本角度看，据《我国有机硅行业现状分析及发展建议》（赵立群，2022）中的计算，在有机硅中间体中，主要原材料成本占比为64.3%，其次是制造费用占17.6%，公用工程占比16.4%。在原材料中，工业硅成本占比最高，为42%，据《液相法制备金属铜及其氧化物用于催化直接合成反应生产二甲基二氯硅烷》（刘杰，2012）中的数据，单吨有机硅粗单体消耗工业硅0.248吨，以DMC计的线吨；原材料中成本占比第二的是甲醇，占比为16%，以DMC计原料消耗的线吨。

  利润方面，有机硅行业毛利在2021年明显提升，但2022年以来却逐步陷入生产亏损的境地。一方面，受国内疫情等方面扰动，终端需求较为低迷，有机硅消费持续走弱，对价格形成拖累。另一方面，从成本角度看，原材料中工业硅和甲醇价格都在高位震荡，成本上涨进一步压制了有机硅的毛利。

  我们认为，工业硅期货的上市有望为有机硅生产公司可以提供良好的价格风险管理工具。当预期原材料工业硅价格持续上涨时，有机硅生产公司能够在期货市场上对工业硅进行套期保值，从而缓解未来生产所带来的成本上涨的压力。

  总的来说，有机硅产业的发展历史悠远长久，是工业硅重要的下游消费领域，其需求占比长期以来居于首位。

  有机硅应用广泛，下游需求持续增长，伴随着新增产能不断投产，未来有机硅的市场依然广阔。

  从有机硅与工业硅的关联性来看，有机硅市场上涨的速度波动较大，对工业硅消费增量的不确定性较强，也是驱动工业硅价格波动的主要的因素。此外，工业硅又是有机硅最大的原材料成本构成部分，工业硅自身的价格趋势又会反过来对有机硅的开工及利润产生影响。

  总的来说，有机硅与工业硅是紧密联系的上下游。有机硅行业稳定的发展，将持续带动工业硅的消费，是不可忽视的下游领域。相反，工业硅作为有机硅占比最大的成本构成部分，工业硅期货的上市也将为有机硅行业的稳步发展贡献重要力量。

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