我國高分子材料產業轉型發展的思考

喬金樑

（中國石化　北京化工研究院，北京　100013）

我國高分子材料產業轉型發展的思考

喬金樑

（中國石化北京化工研究院，北京100013）

介紹了國內三大合成材料的生產現狀，提出了國內市場存在的主要問題，我國高分子材料產業經過持續多年的高速發展，迎來了轉型發展期。通過分析高分子材料的研究現狀，闡述了未來我國高分子材料的技術創新方向，我國有創新能力，高分子材料技術領域也留有足夠創新空間，可以通過對現有高分子產品的高性能化、高性能“綠色”高分子新材料的開發和“綠色”高端聚合物新制品的開發，實現我國高分子材料產業向創新驅動發展轉型，實現產品的“綠色”和高端化以及市場的國際化。

高分子材料；轉型發展；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外研究的熱點［1-7］。我國高分子材料產業經歷技術引進、技術國產化和技術創新3個發展階段后，現在正處于關鍵的轉型發展期。在發展初期，我國各類高分子材料市場均呈現供不應求狀態，產品的利潤空間很大，生產通用產品就可創造巨額利潤，在巨大投資的驅動下創造了我國高分子材料產業的輝煌時期，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、國內煤化工為原料的高分子材料產業的快速發展和天然橡膠產能的大幅提高，全球高分子材料的生產能力出現了嚴重過剩的趨勢，昔日輝煌的市場環境已不復存在。

本文將從國內三大合成材料的生產現狀和國內市場存在的主要問題入手，分析我國高分子材料的研究現狀，提出未來我國高分子材料的技術創新方向。

1　國內三大合成材料的生產現狀及存在的問題

我國是世界合成纖維的生產和消費大國。2013年全球聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的產能為73 000 kt，其中，我國的PET產能為41 000 kt，占世界產能的56％。2011年，我國合成纖維原料的表觀消費量為32 230 kt，其中，45％來自進口原料［8］。由于供需嚴重失衡，我國的合成纖維產業已虧損多年，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％來自進口橡膠，同時還消費天然橡膠3 300 kt（進口天然橡膠占75％）［9］。合成橡膠的生產目前也呈嚴重虧損狀態，而且在短期內難以扭虧為盈。

我國從2010年開始成為合成樹脂的世界第一大生產和消費國。2013年，我國合成樹脂的表觀消費量達76 650 kt，其中，23.9％的合成樹脂來自進口［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，出現了嚴重虧損的局面。聚乙烯和聚丙烯等樹脂的產能增加極快，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年開始產能已超過消費量，但高端產品還必須進口。由于發展太快，產能超過需求，聚丙烯生產已到達虧損的邊緣，可是我國新的聚乙烯和聚丙烯的產能還在不斷釋放，2014年下半年聚丙烯樹脂的產能增加了3 080 kt，聚乙烯樹脂的產能增加了1 500 kt［8］。

顯而易見，產能過剩是我國高分子材料產業目前面臨的主要問題。一方面，低端產品的成本高，競爭力不強，而且產能已經過剩；另一方面，高端產品由于缺少基礎而發展較慢，還需依賴進口，這進一步加劇了產能的過剩。不難看出，我國高分子材料產業轉型發展的出路是從根本上解決產能過剩的問題。而解決產能過剩問題可從兩方面入手：一是通過出口擴大需求；二是通過技術創新開發高端產品，減少進口。兩者相輔相成，缺一不可。

我國現有的高分子材料產業成本優勢不明顯，因此要使產品能大規模出口，必須開發生產高性能、高附加值和比較有優勢的高端新產品，而且這些高端新產品必須占領全球市場才能形成經濟規模。因此，產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型發展方向。但如要實現產品的轉型，必須首先分析一下我國有沒有這樣的創新基礎和能力，以及市場是否留有足夠的技術創新空間。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基礎，三大合成材料的開發仍有足夠的技術創新空間，只要轉變觀念，理順機制，完全有可能使我國三大合成材料迎來新的發展機遇，再創昔日輝煌。

2　高分子材料的研究現狀

2.1已有的技術研究基礎

開發高性能高分子材料新產品，必須在高分子物理、聚烯烴催化劑、單體質量控制、聚合工藝、助劑、加工和應用技術等方面具有堅實的研究基礎和創新能力。我國在這些方面已建立了高水平的技術平臺，具備了開發高性能高分子材料的能力。

在高分子物理方面，通過一系列相關國家重點基礎研究發展規劃項目的工作，國內研究者對高分子材料開發所需要的相關高分子物理及其應用技術進行了系統研究，為開發高性能高分子材料提供了堅實的理論基礎。如“通用高分子材料高性能化的基礎研究”項目，不僅將基礎理論研究成果成功應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，還使高分子材料生產企業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行列。由于國內的石化企業引進了世界上幾乎所有的聚烯烴生產工藝，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催化劑生產工藝技術［11］和新型二醇酯給電子體技術［12］的平臺上，開發了一系列新型催化劑技術。目前已經商業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催化劑和用于生產超高相對分子質量聚乙烯的CMU催化劑等。上述催化劑不僅成功應用于國內的聚烯烴生產裝置上，有些技術和產品還成功出口到美國等發達國家［13］。

在聚烯烴聚合工藝方面，我國最初只能依靠技術引進。近年來，通過科技人員的不懈努力，在逐步實現了主要技術國產化后，目前我國已成功開發了一些原創的工藝技術，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、第三代環管法聚丙烯新工藝和單反應器氣-固-液三相乙烯聚合新工藝等，并采用這些新工藝開發了多種在中國市場深受歡迎的高性能低成本新產品。

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技術創新空間

近年來，新型高分子材料產品不斷問世，新技術也層出不窮。隨著高分子物理、聚烯烴催化劑、單體質量控制、聚合工藝、助劑、加工和應用技術等方面許多技術創新成果的出現，我國開發了多種在國內市場深受歡迎的新產品，如均聚高速BOPP樹脂，直接聚合法高熔體強度聚丙烯樹脂，低揮發性有機化合物（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，生產無增塑劑聚丙烯樹脂所用的催化劑不含傳統的鄰苯二甲酸丁酯內給電子體，而是采用二醇酯（分子結構見圖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，與利用傳統技術生產的透明聚丙烯相比，G-樹脂的可溶物含量明顯降低［14］。因此，將G-樹脂應用在醫療器械和食品包裝時，可大幅提高安全等級。

圖2　二醇酯的分子結構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的納米尺度橡膠粒子為載體制備的抗菌防霉劑，該新型產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］規定的方法進行測試，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品為世界首創，受到市場的廣泛關注。以上事例充分說明高分子材料行業還有足夠的創新空間，通過開發高性能新產品，實現產品的高附加值，完全有可能實現產品的出口或替代進口產品，緩解我國通用高分子材料供過于求的問題。

3　技術創新方向

為了保持我國高分子材料產業健康可持續發展，必須堅持“綠色”高分子材料的開發方向，為社會的可持續發展提供可節能減排的高性能高分子材料。在具備技術優勢、原料優勢和市場優勢的領域內，可以開發三類高性能“綠色”高分子新材料，即現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現有高分子材料的高性能化

將現有的高分子材料高性能化應該是最重要，也是應該優先發展的方向。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，高結晶高抗沖聚丙烯樹脂，克服“魔三角”的節能汽車輪胎胎面用橡膠，高阻隔性丁基橡膠復合材料，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

為了應對激烈的市場競爭，確保我國高分子材料產業健康可持續發展，必須開發高性能“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合材料，低成本、高強度可生物降解的農用地膜材料，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，導熱、導電高分子新材料，節能型LED照明和顯示用光擴散材料，頁巖油氣開采用聚合物新材料、高分子納米復合材料等。

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展所必須外延的技術開發領域。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，“聚烯烴機頭拉伸”加工技術及材料和制品［16］，高性能發泡聚烯烴材料，低熱傳導系數、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　結語

我國已經在國際上率先開發了一批高性能高分子材料新產品和替代進口的高性能/價格比產品，說明我國有創新能力，而且高分子材料行業也有足夠的創新空間。只要我國能夠轉變發展模式，放眼國際市場，將創新作為必須品，而不是奢侈品，高分子材料產業將會克服困難，成功實現轉型發展。

實現轉型發展離不開國家政策的支持。我國應該控制低端產業擴能，鼓勵高端產業發展；還應該加強進出口管理和政策性引導，控制低端產品和廢舊垃圾進口，鼓勵高端產品出口。同時，應該利用我國的體制優勢，加強政府引導下的產、學、研、用聯合技術攻關，快速提高我國相關產業的技術水平，提高產業競爭力。相信只要我國堅持綠色化和高端化的產品開發方向，加強國際市場開拓，高分子材料產業就能順利完成轉型，并保持健康、快速發展的趨勢。

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（編輯鄧曉音）

專題報道：實現CO2高效捕集與轉化是緩解全球溫室效應問題的有效途徑。天津大學綠色合成與轉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、酸堿性對產物收率的影響規律，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。該研究結果為CO2的有效轉化研究提供了新思路。見本期1038-1042頁。

天津大學綠色合成與轉化教育部重點實驗室簡介：天津大學綠色合成與轉化教育部重點實驗室于2003年經教育部批準組建。該實驗室依托天津大學化學工程與技術國家重點一級學科，瞄準與國民經濟、社會發展及國防安全相關的重大科技問題，聚焦國際綠色化學發展的前沿，開展與能源、資源的高效轉化與清潔利用相關的創新性應用基礎研究，建設成為綠色化學與化工科學研究基地、關鍵技術開發基地、科技人才培養基地。該實驗室已形成了特色鮮明、優勢顯著的研究方向（一碳化學與化工、功能化學品及新材料的綠色合成、生物質能源與生物質的化學加工），承擔了多項國家重大專項、973項目、863項目、國家自然科學基金重點項目、重大產學研等重大科研項目，并取得了一批重要的基礎研究和技術創新成果。該實驗室整體研究水平處于綠色化學與化工領域的國內外先進水平。一碳化學與化工形成了煤制乙二醇關鍵技術，引領了國內相關研究方向的發展趨勢；非糧燃料乙醇技術取得了重大突破，技術覆蓋率達80％；高能燃料技術服務于國家安全，具有不可替代性。該實驗室重視人才建設，已形成以院士、長江學者、杰出青年、千人計劃、優秀青年、教育部新世紀優秀人才等為學術帶頭人的結構合理的人才梯隊。該實驗室將充分利用天津大學的學科優勢和人才優勢，基于我國能源與資源結構現狀，瞄準本領域的科學前沿和國家重大需求，繼續深入開展綠色合成與轉化的基礎理論和工業應用研究，為相關領域的技術進步提供支撐。

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。