我國高分子材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的思考

喬金樑

（中國石化　北京化工研究院，北京　100013）

我國高分子材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的思考

喬金樑

（中國石化北京化工研究院，北京100013）

介紹了國內(nèi)三大合成材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出了國內(nèi)市場存在的主要問題，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)經(jīng)過持續(xù)多年的高速發(fā)展，迎來了轉(zhuǎn)型發(fā)展期。通過分析高分子材料的研究現(xiàn)狀，闡述了未來我國高分子材料的技術(shù)創(chuàng)新方向，我國有創(chuàng)新能力，高分子材料技術(shù)領(lǐng)域也留有足夠創(chuàng)新空間，可以通過對現(xiàn)有高分子產(chǎn)品的高性能化、高性能“綠色”高分子新材料的開發(fā)和“綠色”高端聚合物新制品的開發(fā)，實現(xiàn)我國高分子材料產(chǎn)業(yè)向創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)產(chǎn)品的“綠色”和高端化以及市場的國際化。

高分子材料；轉(zhuǎn)型發(fā)展；綠色材料；高性能

高分子材料作為人類友好的材料之一是目前國內(nèi)外研究的熱點［1-7］。我國高分子材料產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)國產(chǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新3個發(fā)展階段后，現(xiàn)在正處于關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型發(fā)展期。在發(fā)展初期，我國各類高分子材料市場均呈現(xiàn)供不應(yīng)求狀態(tài)，產(chǎn)品的利潤空間很大，生產(chǎn)通用產(chǎn)品就可創(chuàng)造巨額利潤，在巨大投資的驅(qū)動下創(chuàng)造了我國高分子材料產(chǎn)業(yè)的輝煌時期，合成纖維、合成橡膠和合成樹脂三大合成材料的產(chǎn)量從1981年的1 420 kt增加到2011年的81 610 kt，增加了50多倍［8］。但隨著中東低成本天然氣、美國頁巖氣、國內(nèi)煤化工為原料的高分子材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和天然橡膠產(chǎn)能的大幅提高，全球高分子材料的生產(chǎn)能力出現(xiàn)了嚴(yán)重過剩的趨勢，昔日輝煌的市場環(huán)境已不復(fù)存在。

本文將從國內(nèi)三大合成材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀和國內(nèi)市場存在的主要問題入手，分析我國高分子材料的研究現(xiàn)狀，提出未來我國高分子材料的技術(shù)創(chuàng)新方向。

1　國內(nèi)三大合成材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問題

我國是世界合成纖維的生產(chǎn)和消費大國。2013年全球聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的產(chǎn)能為73 000 kt，其中，我國的PET產(chǎn)能為41 000 kt，占世界產(chǎn)能的56％。2011年，我國合成纖維原料的表觀消費量為32 230 kt，其中，45％來自進(jìn)口原料［8］。由于供需嚴(yán)重失衡，我國的合成纖維產(chǎn)業(yè)已虧損多年，并且至今仍看不到扭虧跡象。

從2009年開始，我國成為世界合成橡膠的生產(chǎn)和消費量最大的國家，2013年我國消費的合成橡膠總量為4 270 kt，其中，有26％來自進(jìn)口橡膠，同時還消費天然橡膠3 300 kt（進(jìn)口天然橡膠占75％）［9］。合成橡膠的生產(chǎn)目前也呈嚴(yán)重虧損狀態(tài)，而且在短期內(nèi)難以扭虧為盈。

我國從2010年開始成為合成樹脂的世界第一大生產(chǎn)和消費國。2013年，我國合成樹脂的表觀消費量達(dá)76 650 kt，其中，23.9％的合成樹脂來自進(jìn)口［10］。目前，聚氯乙烯、聚乙烯醇和聚甲醛等樹脂的價格已大幅下跌，出現(xiàn)了嚴(yán)重虧損的局面。聚乙烯和聚丙烯等樹脂的產(chǎn)能增加極快，大有重演合成纖維和合成橡膠悲劇的勢頭。一度被國人看好的聚丙烯樹脂從2012年開始產(chǎn)能已超過消費量，但高端產(chǎn)品還必須進(jìn)口。由于發(fā)展太快，產(chǎn)能超過需求，聚丙烯生產(chǎn)已到達(dá)虧損的邊緣，可是我國新的聚乙烯和聚丙烯的產(chǎn)能還在不斷釋放，2014年下半年聚丙烯樹脂的產(chǎn)能增加了3 080 kt，聚乙烯樹脂的產(chǎn)能增加了1 500 kt［8］。

顯而易見，產(chǎn)能過剩是我國高分子材料產(chǎn)業(yè)目前面臨的主要問題。一方面，低端產(chǎn)品的成本高，競爭力不強，而且產(chǎn)能已經(jīng)過剩；另一方面，高端產(chǎn)品由于缺少基礎(chǔ)而發(fā)展較慢，還需依賴進(jìn)口，這進(jìn)一步加劇了產(chǎn)能的過剩。不難看出，我國高分子材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的出路是從根本上解決產(chǎn)能過剩的問題。而解決產(chǎn)能過剩問題可從兩方面入手：一是通過出口擴(kuò)大需求；二是通過技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)高端產(chǎn)品，減少進(jìn)口。兩者相輔相成，缺一不可。

我國現(xiàn)有的高分子材料產(chǎn)業(yè)成本優(yōu)勢不明顯，因此要使產(chǎn)品能大規(guī)模出口，必須開發(fā)生產(chǎn)高性能、高附加值和比較有優(yōu)勢的高端新產(chǎn)品，而且這些高端新產(chǎn)品必須占領(lǐng)全球市場才能形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。因此，產(chǎn)品高端化和市場國際化必將成為我國重要的，甚至可能是唯一的轉(zhuǎn)型發(fā)展方向。但如要實現(xiàn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型，必須首先分析一下我國有沒有這樣的創(chuàng)新基礎(chǔ)和能力，以及市場是否留有足夠的技術(shù)創(chuàng)新空間。值得慶幸的是，改革開放30多年使我國在高分子材料研究上建立了很好的技術(shù)基礎(chǔ)，三大合成材料的開發(fā)仍有足夠的技術(shù)創(chuàng)新空間，只要轉(zhuǎn)變觀念，理順機(jī)制，完全有可能使我國三大合成材料迎來新的發(fā)展機(jī)遇，再創(chuàng)昔日輝煌。

2　高分子材料的研究現(xiàn)狀

2.1已有的技術(shù)研究基礎(chǔ)

開發(fā)高性能高分子材料新產(chǎn)品，必須在高分子物理、聚烯烴催化劑、單體質(zhì)量控制、聚合工藝、助劑、加工和應(yīng)用技術(shù)等方面具有堅實的研究基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力。我國在這些方面已建立了高水平的技術(shù)平臺，具備了開發(fā)高性能高分子材料的能力。

在高分子物理方面，通過一系列相關(guān)國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目的工作，國內(nèi)研究者對高分子材料開發(fā)所需要的相關(guān)高分子物理及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為開發(fā)高性能高分子材料提供了堅實的理論基礎(chǔ)。如“通用高分子材料高性能化的基礎(chǔ)研究”項目，不僅將基礎(chǔ)理論研究成果成功應(yīng)用于高性能雙向拉伸聚丙烯（BOPP）樹脂和高性能PE-100管材樹脂的開發(fā)，還使高分子材料生產(chǎn)企業(yè)具備了舉一反三的能力。

在聚烯烴催化劑方面，我國的研究水平一直處于國際先進(jìn)行列。由于國內(nèi)的石化企業(yè)引進(jìn)了世界上幾乎所有的聚烯烴生產(chǎn)工藝，使我國對催化劑的研究涉及世界上幾乎所有的催化劑類型。中國石化北京化工研究院在已建立的N催化劑生產(chǎn)工藝技術(shù)［11］和新型二醇酯給電子體技術(shù)［12］的平臺上，開發(fā)了一系列新型催化劑技術(shù)。目前已經(jīng)商業(yè)化的高性能聚丙烯催化劑包括N催化劑、DQ催化劑、ND催化劑、超高活性HA催化劑、可在較高溫度下聚合的BCM 催化劑等；高性能聚乙烯催化劑包括BCE催化劑、BCL催化劑和用于生產(chǎn)超高相對分子質(zhì)量聚乙烯的CMU催化劑等。上述催化劑不僅成功應(yīng)用于國內(nèi)的聚烯烴生產(chǎn)裝置上，有些技術(shù)和產(chǎn)品還成功出口到美國等發(fā)達(dá)國家［13］。

在聚烯烴聚合工藝方面，我國最初只能依靠技術(shù)引進(jìn)。近年來，通過科技人員的不懈努力，在逐步實現(xiàn)了主要技術(shù)國產(chǎn)化后，目前我國已成功開發(fā)了一些原創(chuàng)的工藝技術(shù)，如非對稱加外給電子體聚丙烯的新工藝（見圖1）［14］、氣相高溫聚合聚丙烯新工藝、第三代環(huán)管法聚丙烯新工藝和單反應(yīng)器氣-固-液三相乙烯聚合新工藝等，并采用這些新工藝開發(fā)了多種在中國市場深受歡迎的高性能低成本新產(chǎn)品。

圖1　非對稱加外給電子體聚丙烯的新工藝Fig.1　New technology of asymmetric adding external electron donor polypropylene.

2.2技術(shù)創(chuàng)新空間

近年來，新型高分子材料產(chǎn)品不斷問世，新技術(shù)也層出不窮。隨著高分子物理、聚烯烴催化劑、單體質(zhì)量控制、聚合工藝、助劑、加工和應(yīng)用技術(shù)等方面許多技術(shù)創(chuàng)新成果的出現(xiàn)，我國開發(fā)了多種在國內(nèi)市場深受歡迎的新產(chǎn)品，如均聚高速BOPP樹脂，直接聚合法高熔體強度聚丙烯樹脂，低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）高抗沖聚丙烯樹脂，透明高抗沖聚丙烯樹脂，無鄰苯二甲酸酯（增塑劑）聚丙烯樹脂，低可溶物含量丙烯/丁烯無規(guī)共聚物（G-樹脂），高速雙向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜專用樹脂，無增塑劑、無過氧化物、窄相對分子質(zhì)量分布聚丙烯無紡布專用樹脂（包括均聚、柔軟、抗菌等多個品種），抗菌防霉聚丙烯樹脂，高性能芳綸，高性能超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維和直接聚合法高純度聚丙烯樹脂等。其中，生產(chǎn)無增塑劑聚丙烯樹脂所用的催化劑不含傳統(tǒng)的鄰苯二甲酸丁酯內(nèi)給電子體，而是采用二醇酯（分子結(jié)構(gòu)見圖2），利用這種采用二醇酯的催化劑可消除敏感的增塑劑問題。G-樹脂的可溶物含量見表1。從表1可看出，與利用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的透明聚丙烯相比，G-樹脂的可溶物含量明顯降低［14］。因此，將G-樹脂應(yīng)用在醫(yī)療器械和食品包裝時，可大幅提高安全等級。

圖2　二醇酯的分子結(jié)構(gòu)Fig.2　Structure of diol ester.

表1　G-樹脂的可溶物含量Table 1　Soluble content of propylene/butene random copolymer（G resin）

新型抗菌防霉聚丙烯樹脂中加入了以世界首創(chuàng)的納米尺度橡膠粒子為載體制備的抗菌防霉劑，該新型產(chǎn)品的成本較普通抗菌防霉材料大幅降低，耐水等性能也大幅改善。按JC/T 939—2004［13］規(guī)定的方法進(jìn)行測試，不同抗菌防霉劑制備的抗菌防霉聚丙烯樹脂的耐水性能見表2。

表2　不同抗菌防霉劑制備的抗菌防霉聚丙烯樹脂的耐水性能Table 2　Water resistance property of antibacterial and antifungal polypropylene with different antibacterial and antifungal reagents

從表2可看出，使用了新型納米粒子抗菌防霉劑的聚丙烯在 50 ℃水中煮沸16 h后，抗菌率仍保持在99％以上［14］；在室溫下的水中浸泡5 a后，抗菌率仍保持在99％以上。該新型抗菌防霉聚丙烯樹脂產(chǎn)品為世界首創(chuàng)，受到市場的廣泛關(guān)注。以上事例充分說明高分子材料行業(yè)還有足夠的創(chuàng)新空間，通過開發(fā)高性能新產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品的高附加值，完全有可能實現(xiàn)產(chǎn)品的出口或替代進(jìn)口產(chǎn)品，緩解我國通用高分子材料供過于求的問題。

3　技術(shù)創(chuàng)新方向

為了保持我國高分子材料產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，必須堅持“綠色”高分子材料的開發(fā)方向，為社會的可持續(xù)發(fā)展提供可節(jié)能減排的高性能高分子材料。在具備技術(shù)優(yōu)勢、原料優(yōu)勢和市場優(yōu)勢的領(lǐng)域內(nèi)，可以開發(fā)三類高性能“綠色”高分子新材料，即現(xiàn)有高分子材料的高性能化、高性能“綠色”高分子新材料和“綠色”高端聚合物制品。

3.1現(xiàn)有高分子材料的高性能化

將現(xiàn)有的高分子材料高性能化應(yīng)該是最重要，也是應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展的方向。這類高性能化高分子材料包括：極性聚烯烴新材料，高速低成本BOPE薄膜專用樹脂，可熱塑性加工的聚乙烯醇塑料，用于電容器膜的高純聚丙烯樹脂，低含量VOC、無增塑劑、抗菌防霉聚丙烯無紡布專用樹脂，抗菌防霉塑料和纖維，更低可溶物的高抗沖透明聚丙烯共聚物［15］，高熔體強度高抗沖聚丙烯樹脂，高結(jié)晶高抗沖聚丙烯樹脂，克服“魔三角”的節(jié)能汽車輪胎胎面用橡膠，高阻隔性丁基橡膠復(fù)合材料，工程塑料用PET樹脂，工程塑料用尼龍樹脂等。

3.2高性能“綠色”高分子新材料

為了應(yīng)對激烈的市場競爭，確保我國高分子材料產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，必須開發(fā)高性能“綠色”高分子新材料。這類材料包括：生物基聚酰胺等生物基高分子材料，含石墨烯等碳材料的復(fù)合材料，低成本、高強度可生物降解的農(nóng)用地膜材料，高檔潤滑油脂用聚合物材料，聚（1-丁烯）樹脂，烯烴基均聚或共聚彈性體，3D打印用聚合物材料，導(dǎo)熱、導(dǎo)電高分子新材料，節(jié)能型LED照明和顯示用光擴(kuò)散材料，頁巖油氣開采用聚合物新材料、高分子納米復(fù)合材料等。

3.3“綠色”高端聚合物制品

“綠色”高端聚合物制品是我國高分子材料健康發(fā)展所必須外延的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。該類制品包括：鋰離子電池用聚烯烴隔膜，超濾和反滲透膜等分離膜材料，“聚烯烴機(jī)頭拉伸”加工技術(shù)及材料和制品［16］，高性能發(fā)泡聚烯烴材料，低熱傳導(dǎo)系數(shù)、低成本建筑用外墻保溫新材料，高性能低成本抗靜電纖維，阻燃抗滴落PET纖維，抗菌防霉PET纖維，抗菌、防霉、阻燃、抗滴落“超仿棉”纖維等。

4　結(jié)語

我國已經(jīng)在國際上率先開發(fā)了一批高性能高分子材料新產(chǎn)品和替代進(jìn)口的高性能/價格比產(chǎn)品，說明我國有創(chuàng)新能力，而且高分子材料行業(yè)也有足夠的創(chuàng)新空間。只要我國能夠轉(zhuǎn)變發(fā)展模式，放眼國際市場，將創(chuàng)新作為必須品，而不是奢侈品，高分子材料產(chǎn)業(yè)將會克服困難，成功實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展離不開國家政策的支持。我國應(yīng)該控制低端產(chǎn)業(yè)擴(kuò)能，鼓勵高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展；還應(yīng)該加強進(jìn)出口管理和政策性引導(dǎo)，控制低端產(chǎn)品和廢舊垃圾進(jìn)口，鼓勵高端產(chǎn)品出口。同時，應(yīng)該利用我國的體制優(yōu)勢，加強政府引導(dǎo)下的產(chǎn)、學(xué)、研、用聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，快速提高我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，提高產(chǎn)業(yè)競爭力。相信只要我國堅持綠色化和高端化的產(chǎn)品開發(fā)方向，加強國際市場開拓，高分子材料產(chǎn)業(yè)就能順利完成轉(zhuǎn)型，并保持健康、快速發(fā)展的趨勢。

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（編輯鄧曉音）

專題報道：實現(xiàn)CO2高效捕集與轉(zhuǎn)化是緩解全球溫室效應(yīng)問題的有效途徑。天津大學(xué)綠色合成與轉(zhuǎn)化教育部重點實驗室通過對具有特殊形貌的花束狀CeO2催化劑的可控制備，提高了CeO2催化劑對于CO2和甲醇合成“綠色化學(xué)品”碳酸二甲酯的催化性能。研究了CeO2催化劑的形貌、晶面、酸堿性對產(chǎn)物收率的影響規(guī)律，花束狀CeO2催化劑暴露的（110）活性晶面及較多的酸性位和堿性位有利于碳酸二甲酯生成。該研究結(jié)果為CO2的有效轉(zhuǎn)化研究提供了新思路。見本期1038-1042頁。

天津大學(xué)綠色合成與轉(zhuǎn)化教育部重點實驗室簡介：天津大學(xué)綠色合成與轉(zhuǎn)化教育部重點實驗室于2003年經(jīng)教育部批準(zhǔn)組建。該實驗室依托天津大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)國家重點一級學(xué)科，瞄準(zhǔn)與國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展及國防安全相關(guān)的重大科技問題，聚焦國際綠色化學(xué)發(fā)展的前沿，開展與能源、資源的高效轉(zhuǎn)化與清潔利用相關(guān)的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，建設(shè)成為綠色化學(xué)與化工科學(xué)研究基地、關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)基地、科技人才培養(yǎng)基地。該實驗室已形成了特色鮮明、優(yōu)勢顯著的研究方向（一碳化學(xué)與化工、功能化學(xué)品及新材料的綠色合成、生物質(zhì)能源與生物質(zhì)的化學(xué)加工），承擔(dān)了多項國家重大專項、973項目、863項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、重大產(chǎn)學(xué)研等重大科研項目，并取得了一批重要的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新成果。該實驗室整體研究水平處于綠色化學(xué)與化工領(lǐng)域的國內(nèi)外先進(jìn)水平。一碳化學(xué)與化工形成了煤制乙二醇關(guān)鍵技術(shù)，引領(lǐng)了國內(nèi)相關(guān)研究方向的發(fā)展趨勢；非糧燃料乙醇技術(shù)取得了重大突破，技術(shù)覆蓋率達(dá)80％；高能燃料技術(shù)服務(wù)于國家安全，具有不可替代性。該實驗室重視人才建設(shè)，已形成以院士、長江學(xué)者、杰出青年、千人計劃、優(yōu)秀青年、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才等為學(xué)術(shù)帶頭人的結(jié)構(gòu)合理的人才梯隊。該實驗室將充分利用天津大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢和人才優(yōu)勢，基于我國能源與資源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，瞄準(zhǔn)本領(lǐng)域的科學(xué)前沿和國家重大需求，繼續(xù)深入開展綠色合成與轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)理論和工業(yè)應(yīng)用研究，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供支撐。

Further Development of Polymer Industry in China

Qiao Jinliang
（SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry，Beijing 100013，China）

More than 30 years high speed development has resulted in capacity much more than demand in China polymer industry.In order to keep healthy development，we must balance the supply and demand for our polymer industry.The author suggested to develop high performance polymer materials through upgrading current products and developing new polymer materials and new processing technology.The author emphasized that worldwide marketing was also extremely important for China polymer industry.The author believes that China has the ability to develop high performance polymer materials and there is still enough room for new technology development in polymer industry.Therefore，polymer industry in China could be kept developing well in the future.

polymer industry；upgrading development；green material；high performance

1000-8144（2015）09-1033-05

TQ 32

A

2015-03-05；［修改稿日期］2015-06-30。

喬金樑（1959—），男，北京市人，博士，教授級高級工程師，電話010-59202375，電郵jqiao.bjhy@sinopec.com。