臺灣化工材料科研新進展（上）

劉雨++蔡金剛

臺灣早期石化工業發展

臺灣化學工業的發展可追溯到1898年清光緒年間設立的磷酸及硝酸工廠。日本殖民時期，島內僅有一點最基本的化肥、氯堿、水泥、平板玻璃、煉油等工業，以滿足戰爭和民生物資需要。臺灣光復后，島內出現許多民營小化工企業，主要生產化肥、農藥、燒堿、硫酸、味精、樟腦油、日化產品、涂料、紡織用染劑及制藥原料等與人民生活相關的產品。臺當局又先后成立臺堿公司與臺肥公司，并重建高雄煉油設備，成立中國石油公司，（簡稱中油公司），在高雄原廠址設立煉油廠，負責石油與石油化學產品的產制工作，提供經濟建設、工業發展所需化學產品與發電用燃料，基礎化學工業開始興起。

1957年，“中國”人造纖維公司（簡稱中纖公司）開始生產人造絲，臺灣塑料公司（簡稱臺塑公司）開始生產聚氯乙烯，為日后臺灣化纖和塑料工業的發展奠定了基礎。1959年，臺灣中油公司嘉義溶劑廠開始生產苯、甲苯、二甲苯等基礎石化產品，充分供應島內的染整、農業、清潔劑、紡織、塑料等市場，滿足了民生用品需求。由中油公司在高雄煉油廠內興建的臺灣省內第一套輕油裂解廠（簡稱“一輕”，年產乙烯5.4萬噸）于1968年開始運轉，提高了紡織、塑料、皮包、雨具、玩具出口制造業的原料自給率，不但讓高雄成為臺灣化學工業發展的重心，也建立起臺灣化學工業在整體經濟體系中的角色與地位。

上世紀70年代，臺灣中油公司先后建成利用苗竹地區天然氣作為原料的頭份乙烷裂解裝置（1973年建成，年產乙烯5.4萬噸）、高雄“二輕”裝置（1975年建成，年產乙烯23萬噸）及“三輕”裝置（年產乙烯23萬噸），從而為島內石化工業上游原料來源基本穩定，加之臺灣當時低廉的工資，致使這一時期臺灣勞動密集型工業（如紡織、服裝、制鞋、塑料、橡膠制品業等）得以發展，并從進口替代逐步轉化為出口擴張。

隨著1984年和1994年“四輕”（年產乙烯38.5萬噸）和“五輕”（年產乙烯40萬噸）裝置的相繼建成，使得臺灣乙烯年產能力達到近100萬噸，不僅促成大批中間原料加工廠的相繼建立，還進而帶動了與石化工業相關的消費電子產品及電腦信息產品（如電腦、顯示器、打印機、鍵盤、鼠標等塑料外殼）制造業的蓬勃發展，從而使臺灣現代工業在整體上加速了發展進程。

以往臺灣石化產業主要采取“逆向垂直整合”的方式，即先從下游加工產業開始，進口原料、加工生產、開拓市場，然后再逐步擴大延伸，直至發展成為上、中、下游配套的較為完整的生產體系。到上世紀90年代初，臺灣石化工業產值位列世界第八，合成樹脂、合成纖維原料和合成橡膠三大合成材料的年生產能力合計達600多萬噸；人造纖維年產量將近200萬噸，僅次于美國，其中聚酯長纖維產量將近70萬噸，居世界首位。

由于“一輕”設備陳舊、頭份乙烷裂解廠原料天然氣產量日減而相繼在1990年停產，使得各種石化原料自給率不斷下降，長期供不應求，臺塑企業集團負責人王永慶原準備在大陸廈門海滄地區建設新的石化廠，但遭到臺當局的百般刁難和阻攔，后被迫改在臺灣云林縣麥寮鄉動工興建新的“六輕”項目。這是一項填海造地的巨大工程，占地260多公頃，前4期工程總共投資7000多億元新臺幣，約合20多億美元，2006年才基本完工。

“六輕”是臺灣歷史上最大的民間投資項目，共建成包括3座輕油裂解廠在內的80多座石化加工廠，建立起從原油進口、運輸、冶煉、裂解、加工制造到成品油零售等一條龍的完整石化工業體系，年煉油能力為2310萬噸，日煉油量超過50萬桶，年產乙烯能力提高到280萬噸，丙烯產能達到250萬噸，主要石化產品規模躋身世界前五大企業，每年可創造8300億元新臺幣的產值，成為與臺灣新竹科學園區齊名的另一個臺灣經濟奇跡，甚至被稱為臺灣的“第二次工業革命”，實現了王永慶為之奮斗了20多年的“石化王國”夢想，此舉也打破了長期以來臺灣輕油裂解、煉油均由公營企業獨占的格局。

石化原料行業現狀

目前臺灣石油化工上游原料行業（也稱“石化本工業”，包括石油和煤炭化工制品業）共有50余家企業。從業人員達到3萬以上，石化行業占據統治地位的廠商是中油公司、臺塑集團、南亞塑料集團、李長榮化工集團、臺灣聚丙烯公司、大太平洋石化公司、長春石化公司、聯合石化公司以及臺灣苯乙烯單體公司等。2013年行業年產值約2萬多億元新臺幣。

中下游化工行業（也稱“石化依賴工業”，包括塑料、橡膠、化學制品、化學材料、無機材料、造紙、印刷業）約9000家，從業人員23萬，化工行業規模前10大的企業包括臺塑、勝一化工、三福化工、臺肥公司、阿托科技、長興化學、承德油脂、妙春實業、有郁實業、陸昌化工公司等，主要生產化纖、橡膠、塑料等應用材料；特用精細化學品行業包括橡膠、塑料添加劑、食品添加劑、電子工業用化學品、水處理劑以及農藥、醫藥、染料、電子零組件、汽車零配件、光學儀器與功能性多層模制品等所需化工材料等，共有220余家，整體化工產值約為6萬億元新臺幣，僅次于電子信息制造業。

臺灣石化原料有60%供應島內市場，40%外銷，而中國大陸是臺灣石化原料最大的出口市場，約占80%。近年來，因島內工資上漲、環保意識增強，以及中東、印度及中國大陸石化新產能迅速擴張、東盟貿易壁壘的壓力等因素，導致臺灣許多大型化工廠商感受到經營壓力，特別是2008年全球金融風暴導致石化產業產值大幅萎縮，因此除了重視現有產品的生產和營銷外，更積極尋求產業轉型、走高值化之路，提出“質的提升在臺灣，量的擴充在海外”的發展思路，紛紛開始國際化布局，將傳統的通用型產品的生產逐步移向中國大陸、美國或東南亞國家，在島內注重發展技術含量高、附加值大的關鍵化學原料及特用精細化學品，如光電與電子工業用精密材料、生技醫藥化學品等，并不斷增加這方面的科研投入。

最近，臺灣經濟主管部門成立“石化產業高值化推動辦公室”，組織實施“化工產業技術升級中程綱要計劃”，希望通過組建研發中心、促成國際合作，以及引進技術與科技人才等，推動臺灣石化業尋求轉型，調整結構，到2020年石化產業附加值率從現在的平均15%提高到20%。

產業發展布局

為實現石化產業高值化發展目標，臺當局提出了兩岸布局規劃和東盟布局規劃。在兩岸布局規劃方面，一是將臺灣未來欲發展的高值化石化產品及早列入ECFA清單中，打通未來高值化石化產品的銷路；二是擴大ECFA效應，積極協助臺商回流，ECFA簽訂后，在臺生產的高值化石化產品僅負擔運費，成本降低，且可有效保護生產技術，大幅降低技術管控風險；三是大部分高端材料的制造掌握在大陸臺商手上，因此建議利用產業聯盟合作方式，研發高科技產品材料，融入大陸臺商供應鏈。

在東盟布局規劃方面，由于東盟國家具有豐富的天然氣、棕櫚油、天然橡膠、原油等資源，且人口眾多，市場潛力大，已經有較好的塑料加工、制鞋、紡織等產業基礎，足以與臺灣石化業形成良性分工協作，促進相關產業共同前行，因而強調聚集臺灣資源，協助臺商掌控東盟生產資料來源。

技術研發策略

為達成此目標，臺灣工業主管部門特制定如下技術研發策略：以化工制程技術為專業核心，結合高分子技術、應用化學技術等應用，建立有機/無機混成特用化學品制程與純化技術，應用至功能性塑料、橡膠母料及光電用化學原料等領域，積極開發高附加價值的產品；開發具有產業應用關聯性廣的高效能精密涂布技術，包括開發高精密印刷技術，可應用至復合防偽印刷、電子標簽印刷與RFID印刷導電油墨研制等，促進印刷產業的高值化；建立光電化學品設計及特性預測技術，開發綠色環保產品及節能新技術，如開發透明導電高分子電致變色涂層，具有曲撓性、低耗電與質輕等特性；開發光電有機分子化學品，應用于開發白色平面光源，具有反應迅速、較低成本、可量產、可卷曲基板等優勢功能；開發高效能陣列型納米薄膜氣體感測關鍵技術，可應用至食品工業、環境監測、醫療檢驗、生命科學等產業；開發功能選擇性含氟薄膜制程，可應用于半導體光通訊產業與生醫領域；建立納米功能性化學品關鍵技術的開發，賦予光電產業或民生化工產品具有特殊特性，如透明、導電、抗靜電、硬度、強度、延展，及催化劑反應自潔、抗污、抑菌等。

例如在功能性材料方面，臺灣是全球螺絲螺帽生產重鎮，其出口的金屬扣件部分需要進行電鍍及其他各種表面防腐處理。近年來歐美國家環保意識高漲，開始全面禁用含六價鉻的防蝕處理劑，而長久以來用于木材防腐處理劑的鉻化砷酸銅也被禁用，代之以銅、烷基銨化合物，而這種物質對金屬制品的腐蝕性較高，因此臺灣科技人員通過大量反復試驗，最終研發出一種適用于三價鉻鈍化處理的金屬高耐蝕性涂料，處理后的特殊金屬扣件產品耐鹽霧性可達2000小時。

傳統的壓克力樹脂具有透明、質輕、耐撞擊、成本低、制程簡單，易于成型、大量生產等優點，廣泛應用于光電產業，例如在液晶面板背光模組中所使用的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其耐熱溫度小于100℃。隨著光電科技的不斷進步，對透明壓克力材料的高耐熱性能要求愈加苛刻。為此，臺灣科技人員開發出一種新的高耐熱壓克力材料，在聚合時通過添加結構有具氫鍵的壓克力系單體或具大官能基結構的壓克力系單體來提升其耐熱溫度。依據氫鍵或大官能基結構壓克力系單體的添加比例不同，可達到不同的耐熱溫度，其玻璃轉移溫度大于120℃，透光率可維持在90%（純PMMA透光率為95%），且其吸濕率小于0.5%，已達到光學級材料的規格。此外，這種材料的成本約為每公斤120元，相較于市場上環烯烴共聚合體高耐熱材料便宜許多，將全面取代背光模組上的導光板，有助于降低液晶面板的成本。若再賦予該材料耐刮特性，也可用于制作透明耐熱建筑材料與高功率照明設備的燈罩。

另一項功能性彈性體橡膠配方技術，結合創新的自行車剎車膠專利設計，開發出高耐磨耗性與高制動力的橡膠產品，生產出高性能、高耐磨的剎車片，干式剎車時停止效果大于4.8米/秒2，濕式剎車時停止效果大于2.4米/秒2，縮短臺灣與國際大廠同類產品性能上的差距。此外，該產品采用分離獨立的兩塊座塊，各皮墊與座塊采用一體包覆的設計，通過熱壓成型，可大幅提高生產效率及降低組裝成本，有別于目前市面上單體的形式，預計可為企業帶來4000萬新臺幣以上的產值。