氢化丁腈-橡胶领域皇冠明珠，进军锂电赛道，市场潜力蓄势待发

氢化丁腈-橡胶领域的皇冠明珠，其综合性能十分出众，可用于多种严苛环境氢化丁腈橡胶（HNBR）是由丁腈橡胶（NBR）经过催化加氢制得的新型弹性体。 氢化丁腈橡胶结构中的四大基团为其带来了优秀的综合性能：由于氰基的存在，氢化丁腈橡胶具有和丁腈橡胶同样优异的耐化学稳定性；加氢反应减少了不饱和双键，使氢化丁腈橡胶相比丁腈橡胶具有更好的耐热性、耐候性、耐介质性；而反应中残留的部分不饱和双键也为硫化提供了交联点。因此，相比普通丁腈橡胶，氢化丁腈橡胶所具备的特殊性能使其可以被应用于更苛刻的环境中。 HNBR技术壁垒高，目前全球仅四家生产企业 氢化丁腈橡胶生产工艺中多个环节存在需要攻克的难点，对企业的研发能力和技术水平有相当高的要求，目前全球范围仅有四家企业具备规模化生产能力。阿朗新科产能11,000吨/年，采用均相溶液加氢法；日本瑞翁产能12,500吨/年，采用非均相溶液加氢法；赞南科技产能1,000吨/年，采用均相溶液加氢法；道恩股份现有1,000吨/年氢化丁腈橡胶生产能力，另有2000吨/年产能正在建设中，公司采用均相溶液加氢法。氢化丁腈橡胶下游主要为汽车同步带、密封垫片等。同步带用于同步汽车引擎中各缸体的进排气时间，厂家通常建议每6-8万公里或使用5年更换一次。氢化丁腈橡胶制造的汽车同步带具有高传动、低偏向和良好的抗曲扰龟裂性能，安全行驶里程极限可达100-150万公里，使用寿命大幅提高。 HNBR进军锂电领域，用途多样，市场潜力蓄势待发 结合当前的论文研究成果，HNBR可应用于锂电领域的电池粘结剂、分散剂、固态电解质，其他应用领域正在研究和突破。电池粘结剂是锂离子电池中重要的组成部分，对电池电化学性能有重要影响。氢化丁腈作为锂离子电池粘结剂性能表现优异，是PVDF的潜在替代品，具有优异的机械性能、粘附性、电化学稳定性、循环性能，同时成本较低。分散剂是浆料的重要组分，由于导电剂在电极浆料组合物中不均匀地溶解，颗粒间易发生分散或团聚，造成浆料内部均匀性降低，影响成品电池使用寿命，具有安全隐患。因此浆料中需要加入分散剂，促进各种颗粒的分散。瑞翁和LG已有相关专利认证，确认了氢化丁腈在分散剂领域应用的可行性。我们预计PVDF在锂电应用的市场规模将在2025年达到10万吨以上量级，HNBR替代大有可为。电解质是电池的核心组成部分之一，是电池正负极间起离子移动、电流传导的媒介，其品质直接影响电池的能量密度、使用寿命、循环性能。氢化丁腈橡胶有望应用于制造理想的固态电池电解质，目前已有实验室成功范例，随着电池技术的革新和突破，未来发展空间可期。 受益标的：道恩股份 道恩股份目前拥有产能1,000吨/年，另有2000吨/年产能建设中。 风险提示：市场需求下滑、下游应用突破不及预期、产品价格大幅下降。 1、氢化丁腈-橡胶中的皇冠明珠，具备出色的综合性能，生产 壁垒较高 1.1、氢化丁腈橡胶相比丁腈橡胶具有更出众的耐油性、耐腐蚀性、耐候性等 氢化丁腈橡胶（HydrogenatedNitrile Butadiene Rubber,简写为HNBR）是由丁腈橡胶（Nitrile Butadiene Rubber,简写为NBR）经过催化加氢制得的新型弹性体。丁腈橡胶（NBR）是七大合成橡胶品种之一，结构中的极性基团氰基“-CN”赋予了丁腈橡胶良好的耐油性、耐芳香溶剂性及耐化学试剂性，因此丁腈橡胶产品具有温域宽，耐油性好，粘结性强，气密性强，耐磨耐水等优异的性能。但由于丁腈橡胶中的丁二烯单元含有大量双键，在高温高压、辐射、臭氧等条件下双键会发生断裂，这一现象限制了丁腈橡胶的使用范围。氢化丁腈橡胶（HNBR）是通过对丁腈橡胶（NBR）中的不饱和键碳碳双键进行选择性加氢制得的，在耐油、耐腐蚀、耐臭氧、耐候、耐辐射性等方面具有优异的性能。1977年德国拜耳公司公布了氢化丁腈橡胶制造方法的专利，此后日本瑞翁公司于1984年利用自己的技术开始进行正规的商品化量产。 图1：氢化丁腈橡胶是由丁腈橡胶经过催化加氢制得的新型弹性体 氢化丁腈橡胶结构中的四大基团为其带来了优秀的综合性能。由于氰基的存在，氢化丁腈橡胶具有和丁腈橡胶同样优异的耐化学稳定性。加氢反应减少了氢化丁腈大分子主链上的不饱和双键，使氢化丁腈橡胶相比丁腈橡胶具有更好的耐热性、耐候性、耐介质性，而反应中残留的部分不饱和双键也为硫化提供了交联点。因此，相比普通丁腈橡胶，氢化丁腈橡胶所具备的特殊性能使其可以被应用于更苛刻的环境中。 表1：四种基团赋予了氢化丁腈橡胶优秀的综合性能 商品化的氢化丁腈橡胶一般按其丙烯腈含量和氢化率进行分类。丙烯腈含量对胶料的物理力学性能影响较大，据各家企业官网在售的产品数据，含量一般在17%至50%之间。随着丙烯腈含量的增加，胶料的拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度及恒定压缩永久变形均有增大。据各家企业官网在售的产品数据，氢化丁腈橡胶氢化率一般在80%至99%以上。当氢化率达到99%以上，聚合物主链中几乎不含不饱和双键。可根据使用场景要求的耐热性、耐候性、耐化学品性的级别选择不同氢化率水平的氢化丁腈橡胶。 1.2、氢化丁腈生产工艺难度大，技术壁垒高，国产突破进行时 1.2.1、当前生产企业主要采用均相溶液加氢法和非均相溶液加氢法 氢化丁腈橡胶的生产工艺主要有三种：NBR溶液加氢法、NBR乳液加氢法、乙烯-丙烯腈共聚法。其中NBR乳液加氢法目前仍停留在实验室研究阶段，尚未投入工业化应用；乙烯-丙烯腈共聚法由于组分控制较困难，也处于理论研究阶段。此外还有离子液体加氢、储氢合金加氢、生物技术加氢、新型负载催化加氢、纳米催化加氢等新型加氢方法处于科研阶段。目前工业化生产氢化丁腈橡胶主要采用NBR溶液加氢法，按照催化剂在溶液中的分散情况，可进一步分为均相溶液加氢和非均相溶液加氢，两种方法各有优劣： 均相溶液加氢法：将催化剂以分子形式分散在聚合物溶液中，在一定的氢气压力下，对聚合物进行催化加氢反应。按加氢反应中采用的催化剂种类进行分类，可分为铑系、钯系、钌系、钌-铑及钌-钯双金属催化剂体系。四类催化剂在催化活性、反应选择性（产物的生产效率）、稳定性、价格等方面均有一定差异。均相溶液加氢法的缺点在于，由于催化剂是以分子形式分散于聚合物溶液中，反应后催化剂与产品的分离较为困难。贵金属催化剂残留于聚合物溶液中难以回收，既会导致贵金属资源浪费和生产成本的增加，同时残留于产物中的催化剂也会导致氢化丁腈橡胶产品的加速老化，影响产品性能。 表2：目前所使用的催化剂体系大致可分为四个种类 非均相溶液加氢法：采用负载型贵金属催化剂，在加氢反应完成后直接采用过滤或离心分离将加氢产品与催化剂进行分离。日本瑞翁（Zeon）于20世纪80年代最早将负载型催化剂用于丁腈橡胶加氢反应，采用Pd-Ca/炭黑为催化剂，氢化率可达到95%，但炭黑易吸附橡胶分子并导致凝聚结块，影响产品性能。经过多年研发和优化，20世纪90年代，日本瑞翁开发出负载催化剂Pd/ TiO2 ，成功用于氢化丁腈橡胶工业化生产。非均相溶液加氢法亦有一定的缺点：（1）由于反应采用负载型催化剂，聚合物易粘附在催化剂的表面和孔道中，影响了催化活性，导致催化剂重复利用率低；（2）采用传统方法制备的负载型催化剂，其活性组分大多分散在催化剂孔道内部，为了提高反应速率，需要提供高压、强搅拌的反应环境，反应过程能耗较高，提高了加工成本。 1.2.2、氢化丁腈橡胶生产工艺中多环节均有难点，技术壁垒高 氢化丁腈橡胶生产工艺中多个环节均存在需要攻克的难点，而加氢工艺的核心难题是需要在保持氰基完整的前提下，选择性地还原分子链上的不饱和碳碳双键，催化剂的体系设计至关重要，这对生产企业的研发能力和技术水平有相当高的要求，我们将难点梳理汇总为以下四个方面： （1）催化剂体系设计：氢化丁腈橡胶工艺中较多应用铑体系、钯体系催化剂，均属于贵金属有机化合物，成本居高不下。近十年，钯、铑两种贵金属价格均有大幅上涨：由2012年至今，钯价由157元/克上涨至470元/克，增长近2倍；铑价由370元/克上涨至3400元/克，增长超过8倍。赞南科技采用部分价格相对较低的钌来替代部分铑体系、钯体系。大规模产业化生产氢化丁腈橡胶，需要企业在催化剂成本与其催化活性间取得平衡，因此对于催化剂的选择是氢化丁腈制造的最主要问题之一。 图2：稀有贵金属价格昂贵，贵金属催化剂成本压力短时间内难以消解 （2）均相/非均相的选择：溶液加氢法的两种加氢体系均有较大的研发难度和优缺点，如何抉择是生产企业面临的问题，均相溶液加氢法中催化剂与产品胶料的分离较为困难，分离不彻底将增加催化剂成本，同时影响产品胶料性能；非均相溶液加氢法中，聚合物易粘附在负载型催化剂的表面和孔道中，限制了催化剂的重复利用率，同时生产中为保障反应速率需要高压、强搅拌的反应环境，能耗压力较大。 （3）催化剂脱除、回收：贵金属催化剂价格高昂，因此保证催化剂的回收、提高催化剂的重复利用率，对于降低氢化丁腈橡胶生产成本具有重要意义。 （4）反应后胶液后处理：在反应后胶液的后处理环节中，生产企业或需要保证尽可能分离反应中的催化剂，避免残留催化剂导致氢化丁腈橡胶产品加速老化、使用寿命降低。 1.3、高技术壁垒下，当前全球仅四家企业具备氢化丁腈规模生产能力 由于氢化丁腈橡胶工业化生产具有较高的技术门槛，具备规模化生产能力的企业较少，全球氢化丁腈橡胶的供应商主要为德国的阿朗新科（原朗盛，Lanxess）和日本的瑞翁（Zeon），两家企业产能合计2.35万吨/年，超过全球总产能的90%。在我国，赞南科技与道恩股份也各自具备1000吨/年氢化丁腈橡胶生产能力。 表3：国内仅有道恩股份和赞南科技已经成功实现技术突破，步入量产阶段 阿朗新科：1977年德国拜耳公司公布了氢化丁腈橡胶制造方法的专利，拜耳成为全球最早工业化生产氢化丁腈橡胶的企业之一。2004年，拜耳将大部分化学品业务及部分聚合物业务剥离，并形成新的实体，即朗盛德国集团。2014年朗盛与沙特阿美石油公司各出资50%成立合资公司阿朗新科，2018年朗盛将持有的50%股份全部出售给沙特阿美。目前阿朗新科具备氢化丁腈产能11,000吨/年，氢化丁腈产品牌号有30余种。公司采用均相溶液加氢法，为卤化铑与三苯基膦均相络合催化，催化剂回收处理方法并未公开。 日本瑞翁：日本瑞翁于1984年就开始了氢化丁腈橡胶的生产。目前日本瑞翁具备氢化丁腈产能12,500吨/年，氢化丁腈产品牌号有30余种。公司采用非均相溶液加氢法，催化剂采用Pd/ TiO2 负载催化剂，催化剂回收处理方法未公开。 赞南科技：赞南科技的技术平台为公司董事长詹正云带领团队于2005研发出的“詹氏催化剂”，该种催化剂采用钌代替部分贵金属钯、铑，降低了催化剂成本。公司2013年建设氢化丁腈橡胶生产线，2015年产线顺利投产。公司现有氢化丁腈橡胶产能1,000吨/年，产品牌号有20种。 道恩股份：公司技术来自北京化工大学岳冬梅团队。公司现有1,000吨/年氢化丁腈橡胶产能，另有合计2000吨/年产能正在建设中。公司采用均相溶液加氢法，或为铑系均相催化体系。 2、氢化丁腈橡胶目前主要应用于汽车工业、石油化工、航空航 天等领域 2.1、氢化丁腈橡胶可在部分应用场景中替代丁腈橡胶与氟橡胶 氢化丁腈橡胶相比丁腈橡胶、氟橡胶均有独特的优势。氢化丁腈橡胶在一定程度上填补了丁腈橡胶与氟橡胶在部分使用温度下以及一些特定应用场景中的空白。 丁腈橡胶价格较为低廉，同时对燃油、芳香溶剂具有良好的耐性，但由于分子结构中的大量不饱和键在高温、高压、辐射等极端条件下易断裂，其耐候性、耐高温性均较弱。氢化丁腈橡胶在保留了丁腈橡胶良好耐油性的同时，填补了丁腈橡胶结构中的不饱和键，从而具备了优秀的耐高温性、耐候性、耐介质性、耐臭氧性。 氟橡胶具有突出的耐高温性、耐油性、耐溶剂性、耐气候性、耐化学介质性，但是氟橡胶缺点在于对含氧溶剂耐性较差，并且低温性能较弱。氢化丁腈橡胶在低温环境下比氟橡胶表现更好，并具有和氟橡胶相当的耐候