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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-01-16 18:59
高性能合成樹脂是支撐先進(jìn)制造、新能源、電子信息等國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。如何利用現(xiàn)有裝備和技術(shù)開發(fā)高端產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用；加強(qiáng)高性能材料領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)，保障技術(shù)創(chuàng)新；開發(fā)生物可降解塑料，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展；加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”合作，提高技術(shù)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用效率。
合成樹脂的高性能化研究主要是通過提高材料產(chǎn)品的技術(shù)含量、降低原料所占成本的比例、提升材料產(chǎn)品的應(yīng)用性能、賦予綠色可持續(xù)的生態(tài)特性、改進(jìn)材料產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)等措施手段，提升產(chǎn)品的價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)力。
重點(diǎn)從原料多元化、催化劑技術(shù)、聚合工藝、設(shè)備大型化等方面加大研發(fā)力度，突破高端牌號(hào)聚烯烴材料的生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)重視廢舊塑料的循環(huán)利用，提升塑料綜合利用水平。開發(fā)光學(xué)級(jí)、電子級(jí)等特種合成樹脂材料，滿足高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用亟需。
高性能聚烯烴是先進(jìn)合成樹脂的發(fā)展重點(diǎn)之一。近年來，催化劑技術(shù)（如茂金屬催化劑）、聚合工藝、聚合物加工技術(shù)等方面發(fā)展迅速，新型催化劑設(shè)計(jì)手段與調(diào)控手段（如金屬–金屬協(xié)同效應(yīng)、配體次級(jí)配位效應(yīng)、配體–底物效應(yīng)、氧化–還原調(diào)控等）、新型非均相聚合方法（如自穩(wěn)定沉淀聚合），成為高性能聚烯烴高效制備的有效途徑。
聚烯烴高端牌號(hào)不斷豐富、品質(zhì)持續(xù)提高，如高熔體強(qiáng)度聚丙烯、高密度聚乙烯管材專用料、透明抗沖聚丙烯、電容器薄膜專用料等產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用突破；光學(xué)級(jí)、膜級(jí)、電子級(jí)、增材制造用高性能合成樹脂發(fā)展較快，在高端領(lǐng)域得到應(yīng)用。
高端產(chǎn)品嚴(yán)重缺乏，大量依賴進(jìn)口，“十四·五”如何化解聚烯烴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)矛盾？
《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求發(fā)展壯大新一代信息技術(shù)、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，高性能合成樹脂作為先進(jìn)制造類別的基礎(chǔ)材料也被納入發(fā)展規(guī)劃。突破高性能合成樹脂技術(shù)瓶頸，升級(jí)現(xiàn)有材料體系，滿足重大工程和高端制造需求。
綠色環(huán)保的合成樹脂新產(chǎn)品可滿足高品質(zhì)生活的需要，如安全無毒的玩具和生活用品、高阻隔性食品包裝材料等。為滿足舒適出行的要求，利用高性能合成樹脂制備低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）汽車內(nèi)飾材料，具有阻燃、減振、降噪等效果的新型高速列車結(jié)構(gòu)件及裝飾件。
聚烯烴高端牌號(hào)（如茂金屬聚乙烯、茂金屬聚丙烯、高碳烯烴共聚聚乙烯等）和特種聚烯烴（如乙烯–乙酸乙烯酯共聚物（EVA）樹脂、乙烯–乙烯醇共聚物（EVOH）樹脂、聚丁烯–1 等），在我國(guó)的消費(fèi)量達(dá) 1.138× 107 t/a，自給率卻低于40%。夾層玻璃用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膜、電子級(jí)環(huán)氧樹脂和動(dòng)力電池用聚偏氟乙烯（PVDF）隔膜等高端合成樹脂則基本依賴進(jìn)口。
01、高性能聚烯烴材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是什么？
1. 開發(fā)原料多元化技術(shù)
利用多元化原料制備高性能聚烯烴的技術(shù)關(guān)鍵在于優(yōu)化進(jìn)料控制和保障原料品質(zhì)，通過工藝優(yōu)化來靈活采用多種原料進(jìn)行生產(chǎn)。
2. 提升催化劑技術(shù)
聚烯烴催化劑研究已轉(zhuǎn)向改進(jìn)產(chǎn)品綜合性能，主要目標(biāo)是提高催化劑對(duì)聚合物性能的控制能力。
茂金屬催化劑實(shí)現(xiàn)了聚合鏈長(zhǎng)度、分支度和立構(gòu)規(guī)整性的精細(xì)調(diào)節(jié)。相比傳統(tǒng)的齊格勒/納塔催化劑，采用茂金屬催化劑制備的聚烯烴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有更好的規(guī)整性、可調(diào)控性、產(chǎn)品性能。
2017年，國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的載體型茂金屬聚丙烯催化劑在間歇式液相本體聚丙烯裝置（8×104 t/a）首次投入使用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。
茂金屬催化劑憑借其活性高、單一活性中心、共聚能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)仍將不斷發(fā)展，進(jìn)而更加精確控制聚合物分子構(gòu)型、定制生產(chǎn)滿足最終用途的產(chǎn)品。相關(guān)技術(shù)的研究重點(diǎn)在于進(jìn)一步改善茂聚烯烴的形態(tài)，加寬其相對(duì)分子質(zhì)量分布范圍，降低昂貴的助催化劑甲基鋁氧烷（MAO）用量，進(jìn)一步降低茂金屬催化劑成本。
此外，二亞胺鈀、水楊醛亞胺鎳、膦磺酸鈀催化等催化體系的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了極性單體與烯烴的共聚反應(yīng)，顯著提高了聚合物的表面性能、黏附力、柔韌性、耐溶劑性、流變性，以及與其他聚合物、高分子材料助劑的共溶和共混性，這也是未來發(fā)展的趨勢(shì)之一。
3. 多種聚合工藝共存
聚丙烯聚合工藝數(shù)量超過 20 種，尤其以Unipol、Novolen、Innovene 等為代表的氣相法工藝近 10 年來發(fā)展很快；多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器技術(shù)也正在興起。聚烯烴彈性體（POE）聚合工藝以美國(guó)陶氏化學(xué)公司開發(fā)的Insite溶液法聚合工藝、?？松梨诠鹃_發(fā)的Exxpol高壓聚合技術(shù)為主。近年來，基于 Insite 催化劑技術(shù)成功發(fā)展了新型鏈穿梭聚合技術(shù)，獲得了高性能烯烴嵌段共聚物。
4. 裝置趨于大型化
我國(guó)在建的聚丙烯項(xiàng)目單套裝置規(guī)模集中在30-45萬噸/年，大型聚烯烴生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)進(jìn)展顯著，國(guó)產(chǎn)大型擠壓造粒機(jī)組可實(shí)現(xiàn)30-35萬噸/年。
5. 涌現(xiàn)高端牌號(hào)產(chǎn)品
聚烯烴產(chǎn)品技術(shù)以提高產(chǎn)品綜合性能為目標(biāo)，致力于開發(fā)新品種，提高產(chǎn)品附加值，擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。
在聚乙烯方面，改進(jìn)共聚單體開發(fā)出的耐熱聚乙烯（PE-RT）已用于建筑物采暖，通過優(yōu)化聚乙烯雙峰聚合工藝開發(fā)出具有更好低熔垂和耐開裂性能的大口徑聚乙烯管材用于油田和物流運(yùn)輸，開發(fā)了茂金屬聚乙烯新產(chǎn)品以及能夠用于鋰電池隔膜的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）產(chǎn)品。
醫(yī)療器械/醫(yī)用防護(hù)用品用聚丙烯材料、抗菌聚丙烯材料、低可溶出物的丙丁共聚聚丙烯、低VOC聚丙烯材料在內(nèi)的新產(chǎn)品新牌號(hào)也在不斷涌現(xiàn)。
6. 重視廢舊塑料的回收利用
在自然環(huán)境下，塑料制品應(yīng)用后難以自然分解，塑料制品回收利用成為世界關(guān)注焦點(diǎn)。
廢棄塑料回收利用技術(shù)主要有直接再生、改性再生、化學(xué)回收等?；瘜W(xué)回收法通過熱裂解、催化裂解和熱裂解–催化改質(zhì)等方式，改變塑料大分子的鍵合狀態(tài)，使其分解產(chǎn)生各種低分子化合物或低聚物；可用于生產(chǎn)燃料油、燃料氣和化工原料，成為最具發(fā)展前景的回收利用方法。
02、高性能聚烯烴產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)分析及應(yīng)對(duì)
未來我國(guó)合成樹脂行業(yè)需要持續(xù)提升技術(shù)，突出高端化、功能化發(fā)展方向，進(jìn)一步拓展市場(chǎng)規(guī)模。
高性能合成樹脂開發(fā)主要有以下途徑：引進(jìn)國(guó)外高端產(chǎn)品生產(chǎn)裝備、高端牌號(hào)生產(chǎn)技術(shù)，學(xué)習(xí)–吸收–再創(chuàng)新；利用現(xiàn)有裝備及技術(shù)進(jìn)行高端產(chǎn)品開發(fā)，優(yōu)化產(chǎn)品體系；自主開發(fā)催化劑、聚合工藝、加工技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)，投產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端產(chǎn)品。
（一）新型聚烯烴催化劑制備技術(shù)
茂金屬催化劑是國(guó)內(nèi)開發(fā)茂金屬聚烯烴產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化的重要突破口。通過催化劑和關(guān)鍵配套工藝技術(shù)的突破，推動(dòng)己烯–1/ 辛烯–1 等α–烯烴共聚聚乙烯、茂金屬聚乙烯等已有一定產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的產(chǎn)品進(jìn)一步提升規(guī)模、提高自給率，實(shí)現(xiàn)茂金屬聚烯烴的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
為實(shí)現(xiàn)聚烯烴的官能團(tuán)化，改善表面性能、黏附力、柔韌性、與其他材料的相容性，二亞胺鈀、水楊醛亞胺鎳、膦磺酸鈀等新型催化體系也是重點(diǎn)攻關(guān)方向。
（二）溶液聚合工藝技術(shù)
溶液聚合工藝適用性廣，在聚烯烴領(lǐng)域可以生產(chǎn)高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚合物多元醇（POP）、POE、α–烯烴等多種產(chǎn)品。應(yīng)用高活性茂金屬催化劑，可以避免聚合后催化劑的洗脫，從而降低過程能耗。
由于反應(yīng)需要在高溫下進(jìn)行，因此研究重點(diǎn)在于開發(fā)耐高溫、高活性、高共聚能力的催化劑，研究與該催化劑相關(guān)的聚合動(dòng)力學(xué)、聚合反應(yīng)器混合與傳熱過程強(qiáng)化機(jī)理。
（三）合成樹脂高性能化和功能化改性
加強(qiáng)化學(xué)改性、結(jié)構(gòu)改性、共混改性等技術(shù)研究，提高材料的力學(xué)性能、耐環(huán)境性能以及加工性能，推出多牌號(hào)專用料產(chǎn)品，促進(jìn)通用合成樹脂的高性能化。加強(qiáng)材料的功能化開發(fā)，使合成樹脂材料具有某些特殊性質(zhì)，滿足紫外線吸收、光致變色等特殊場(chǎng)合需求。
（四）先進(jìn)加工工藝
為了實(shí)現(xiàn)高性能合成樹脂的多功能化、復(fù)合化，應(yīng)深化聚合物加工工藝與制品性能的關(guān)系研究，優(yōu)化高性能合成樹脂共混、填充及增強(qiáng)改性等加工工藝；開發(fā)先進(jìn)的樹脂基復(fù)合材料成型工藝及相關(guān)配套設(shè)備，推進(jìn)樹脂傳遞模塑成型工藝以及雙向拉伸、擠出流延、多層共擠等薄膜成型工藝的規(guī)?；瘧?yīng)用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝過程的高效、節(jié)能和集成化。
應(yīng)對(duì)一：利用現(xiàn)有裝備及技術(shù)開發(fā)高端產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用
在高性能聚烯烴材料方面，加快開發(fā)高壓聚乙烯、溶液聚合聚乙烯等重點(diǎn)產(chǎn)品領(lǐng)域的催化劑、工藝、加工技術(shù)，盡快實(shí)現(xiàn)茂金屬催化劑制備、三甲基鋁規(guī)?；a(chǎn)、萬噸級(jí)MAO生產(chǎn)裝置建設(shè)。在現(xiàn)有裝備及技術(shù)條件下，實(shí)施技術(shù)攻關(guān)來發(fā)展高端牌號(hào)，生產(chǎn)高度聚烯烴。
在其他高性能合成樹脂方面，密切跟蹤國(guó)際上的領(lǐng)域進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新變化，瞄準(zhǔn)產(chǎn)品高端化、差異化、專用化的發(fā)展目標(biāo)，大規(guī)模應(yīng)用自主開發(fā)的催化劑、聚合、加工等核心關(guān)鍵技術(shù)；生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能產(chǎn)品，如電子級(jí)環(huán)氧樹脂、聚偏氟乙烯等高端合成樹脂材料，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)規(guī)模化應(yīng)用。
應(yīng)對(duì)二：加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)，保障技術(shù)創(chuàng)新
合理加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的投入力度，以實(shí)現(xiàn)合成樹脂材料的高性能化、功能化為導(dǎo)向，加快新一代聚烯烴催化劑、聚合反應(yīng)精確控制、合成樹脂原位合金化和納米復(fù)合化等方面的技術(shù)突破。深入研究關(guān)鍵性成型技術(shù)指標(biāo)對(duì)材料性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，促進(jìn)新結(jié)構(gòu)、新組成的高性能合成樹脂技術(shù)實(shí)用化。
注重高性能合成材料領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，基于高等院校的專業(yè)學(xué)科與人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化企業(yè)實(shí)踐教育，形成高等院校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的機(jī)制，構(gòu)建材料科學(xué)與工程人才的特色培養(yǎng)體系。
制定人才引進(jìn)規(guī)劃，完善柔性引才用才機(jī)制，加大高層次人才引進(jìn)力度。建立靈活的人才管理機(jī)制，統(tǒng)籌推進(jìn)人才隊(duì)伍建設(shè)，合理鼓勵(lì)和支持科技人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、創(chuàng)新人才的培育提供良好的生態(tài)和環(huán)境，通過“智慧先行”來提升原始創(chuàng)新能力。
應(yīng)對(duì)三：開發(fā)生物可降解塑料，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展
生物可降解材料是解決塑料垃圾污染的重要途徑，是產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的主要趨勢(shì)。隨著世界各國(guó)限塑及禁塑政策的持續(xù)推進(jìn)，生物可降解塑料市場(chǎng)潛在需求巨大。建議高度重視并加快可降解材料的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用，以精準(zhǔn)把握主攻方向來實(shí)現(xiàn)塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
具體而言，可重點(diǎn)發(fā)展淀粉或聚乳酸改性聚乙烯、聚丙烯，使其成為可降解聚烯烴材料，包括聚乳酸和聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸 / 對(duì)苯二甲酸丁二醇酯在內(nèi)的可降解聚酯。
應(yīng)對(duì)四：加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”合作，提高技術(shù)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用效率
建議生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)、高等院校、應(yīng)用終端的交流與合作，針對(duì)明確應(yīng)用需求，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建研究、開發(fā)、生產(chǎn)的“利益共同體”。聯(lián)合開展“卡脖子”技術(shù)、補(bǔ)短板技術(shù)、顛覆性技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)必要的中試裝置，提高成果轉(zhuǎn)化效率。
建設(shè)一批高水平、開放式的公共創(chuàng)新平臺(tái)和創(chuàng)新聯(lián)盟，面向新能源、先進(jìn)制造等領(lǐng)域的國(guó)家重點(diǎn)工程和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建科研、設(shè)計(jì)、工程、生產(chǎn)、市場(chǎng)緊密銜接、完整高效的技術(shù)創(chuàng)新鏈條。
03、我國(guó)高性能合成樹脂發(fā)展面臨的問題
（一）技術(shù)與裝備相對(duì)落后，生產(chǎn)技術(shù)成熟度不高，產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)知度較低
受限于國(guó)外專利，尤其是聚偏二氯乙烯等很早即被列為國(guó)家戰(zhàn)略性材料，我國(guó)高性能合成樹脂領(lǐng)域的核心技術(shù)受制于人，技術(shù)與裝備水平有待提升。國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品正處于研發(fā)、試生產(chǎn)和應(yīng)用推廣階段，但生產(chǎn)技術(shù)成熟度不高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與國(guó)外還有差距；同時(shí)市場(chǎng)認(rèn)知度較低，如國(guó)內(nèi)企業(yè)傾向于使用進(jìn)口聚丁烯–1 材料生產(chǎn)高端醫(yī)療器具。
國(guó)產(chǎn) EVA 產(chǎn)品牌號(hào)相對(duì)單一、以中低端為主，市場(chǎng)占有率較低，而絕大多數(shù)高端產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。由于無法得到市場(chǎng)的可靠驗(yàn)證與及時(shí)反饋，我國(guó)高性能合成樹脂的研發(fā)與應(yīng)用步伐受到阻滯，在一定意義上形成了惡性循環(huán)。
（二）部分高端產(chǎn)品尚無國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，產(chǎn)品較多依賴進(jìn)口
以茂金屬聚合工藝技術(shù)為典型，我國(guó)從 20 世紀(jì) 90 年代開始組織國(guó)家技術(shù)攻關(guān)，但目前無論在催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、聚合工藝，還是產(chǎn)業(yè)化規(guī)模、產(chǎn)品型號(hào)等方面都難以滿足市場(chǎng)需求，茂金屬聚烯烴消費(fèi)的自給率不到30%。國(guó)內(nèi)EVOH樹脂合成尚未工業(yè)化，雖已建成中試裝置，產(chǎn)品也開始試用，但距離工業(yè)化生產(chǎn)還有一段距離。此外，膜材料制備也是尚未掌握的核心技術(shù)，如夾層玻璃用高端PVB膜、動(dòng)力電池用PVDF黏結(jié)劑、離子交換PVDF膜、壓電膜、介電膜等基本依賴進(jìn)口。
（三）行業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱，自主創(chuàng)新能力不足
國(guó)內(nèi)進(jìn)入高性能合成樹脂領(lǐng)域的時(shí)間較晚，加之科研投入偏低，使得行業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱，創(chuàng)新人才尤其是領(lǐng)軍人才缺乏。產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用環(huán)節(jié)脫節(jié)，導(dǎo)致新材料推廣應(yīng)用過程緩慢。專利申請(qǐng)量方面可以體現(xiàn)差距，如電子封裝用環(huán)氧樹脂領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)方面，日本公司的比例高達(dá)68%，美國(guó)公司約占13%，而國(guó)內(nèi)公司僅占6%。技術(shù)研發(fā)成果的薄弱直接反映了自主創(chuàng)新能力的欠缺。
（四）解決廢棄塑料污染環(huán)境問題的努力不夠
由于常規(guī)合成樹脂難以降解，塑料制品使用后隨意廢棄造成的環(huán)境污染問題趨于嚴(yán)重，開展廢棄塑料循環(huán)利用、開發(fā)可降解材料成為人類共同努力的方向。
我國(guó)作為世界塑料生產(chǎn)和消費(fèi)量第一大國(guó)，廢棄塑料總量約為 4.2×107 t/a，其中包裝應(yīng)用占比達(dá) 59%；然而廢舊塑料回收率不足 10%，且回收利用以物理再生為主，與國(guó)際上的物理再生、能量回收、化學(xué)還原、用作固體燃料等多種方式相結(jié)合的做法相比，處理過程的技術(shù)含量和附加值較低。在生物可降解材料方面，國(guó)內(nèi)存在裝置規(guī)模小、品種少、成本高等現(xiàn)實(shí)問題。
來源：中國(guó)工程科學(xué)
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