高分子材料发展热点展望

Advanced Materials Industry

34高分子材料发展热点展望

高分子材料是最重要的材料之一，主要包括塑料、橡胶和纤维3大材料。其中，塑料是消费量最大的高分子材料，2007年全世界共消费2.6亿t。我国是世界上最大的高分子材料消费和生产国，2010年，我国塑料消费量达6000多万t，成为世界第一大消费国；从2009年开始，我国成为世界最大的橡胶生产和消费国，2010年国内消费量约350万t ；我国早已是世界最大的纤维生产和消费国，2010年，仅聚酯（涤纶原料）消费量就达2300万/t左右，占世界总消费量的2/3以上。

■ 文/乔金

中国石化北京化工研究院

“十二五”期间，我国高分子材料将继续快速发展，发展的热点至少包括聚烯烃、工程塑料和生物基（可降解）高分子材料。

一、聚烯烃

聚烯烃是消费量最大的塑料品种，在世界热塑性塑料消费中，聚烯烃占的65%以上。聚烯烃的快速发展不仅是由于其优异的性能/价格比，也是由于其在生产、加工、应用和再生的整个生命周期中都是非常环保的，如图1所示，因而在许多应用中被认为

是最为理想的材料，被广泛应用于电子电器、包装、农业、汽车、通讯和建筑等国民经济的各个方面。

1.我国的聚烯烃产业概况

2010年我国聚烯烃消费约3100万t，其中，国产聚烯烃产品约1950万t，占总消费量的62%。聚烯烃是我国石油化工和煤化工的重要产品，其技术的发展，对我国石油化工和煤化工产业的发展有重大影响，对炼油产业也有一定影响。一般来说，聚烯烃只是石油化工的主要产品，近年来在1000万t/a的炼油厂配建20万t/a聚丙烯（PP）生产装

乔金 中国石化北京化工研究院副院长，博士生

导师。兼任聚烯烃国家工程研究中心主任，中国化工

学会、中国材料研究学会理事，北京塑料工业协会副理事长，中国化学会高分子学科委员会委员等。首批新世纪百千万人才工程国家级人选，曾任国家“863”新材料领域专家委员会委员、国家“973”项目首席科学家和国家新材料产业发展战略咨询委员会委员等。已获得省部级以上科技成果13项，包括国家发明二等奖和国家科技进步二等奖各一项。2010年获得中国化学会最高奖“中国化学会-中国石油化工

股份有限公司化学贡献奖”，还被亚洲化学联合会授予了2009年度经济促进杰出贡献奖。发表学术论文70余篇，在国内外申请发明专利80多项。

新材料产业 NO.2 2011

35

置的做法，对提高炼油厂的经济效益作出了贡献；对煤化工的影响更大，在煤化工中，通过甲醇制烯烃技术（M T O /M T P）制取的聚烯烃，已经成为煤化工领域最主要的产品。我国目前已建成煤制聚烯烃产能150多万t /a，在建产能700多万t /a，规划产能更大。

我国聚烯烃产业面临严峻的挑战。由于生产能力增长过快，远远超过了消费增长，我国国内PP、聚乙烯（PE）产品的相对过剩即将开始。2009年和2010年，新增P P和P E产能总计约900万t/a，比2008年增长约60%，预计今后会增加的更快。我们的周边国家，特别是中东国家依仗其原料的低成本优势，产能增加更快。世界范围内的PP 和PE产能也早已是供过于求。

在如此激烈的市场竞争中，如果我国的生产企业没有竞争优势，必将导致部分企业减产或倒闭，这将对我国的石油化工、煤化工甚至炼油企业的发展产生重大影响。因此，我们必须重视聚烯烃新材料的研发，特别是在开发高性能低成本聚烯烃新产品方面投入更大的力量。

2.开发高性能低成本聚烯烃的途径

高分子物理研究、聚合工艺研究开发、高性能低成本催化剂开发和高

性能低成本助剂等的开发是开发高性能低成本聚烯烃的关键。 (1)高分子物理研究

高分子物理和微观结构表征在高性能聚烯烃新产品开发中十分重要，国家“973”项目对聚烯烃涉及的高分子物理问题已经进行了长达10年的深入研究。对以双向拉伸P P膜（B O P P）和P P热水管（P P R）为代表的P P无规共聚物，以PE管材用树脂为代表的PE 无规共聚物，多相抗冲P P的高分子物理问题进行了深入的研究，解决了聚烯烃涉及的主要高分子物理问题，对我国聚烯烃产业的发展作出了重要的贡献。

以高性能BOPP树脂为例，其生产过程见图2。“973”项目组刚开始进行高分子物理基础研究时，我国BOPP树脂

的拉膜速度仅为200多m/min。通过进行高分子物理的基础研究和技术攻关，我国BOPP树脂的性能有了极大的进步，不仅拉膜速度不断提高，目前大多数树脂可满足400m/min以上拉膜速度的要求；而且开发出了一些独创性的新材料，如，高速高挺度BOPP树脂、高速BOPP均聚树脂等，这些新产品突破了BOPP传统生产技术的限制，实现了技术上的重大创新。例如，我们从国外引进的BOPP生产技术，由于要求等规

度控制在96%以下，因而材料的强度较低。而我国企业根据“973”的基础理论研究结果开发的高速高挺度BOPP专利技术，产品的等规度可达98%以上，材料强度得到了大幅度地提高。另外，高速均聚BOPP树脂也与国外技术不同，在实现高等规度的同时，发明了非对称加外给电子体技术，可以生产多种高性能产品。目前，我国BOPP的生产能力已经达到了300多万t/a，产量和消费量均为世界第一。(2)聚合工艺研究开发

高分子物理可以告诉我们什么结构的材料性能好，但是要使生产的合成树脂具有需要的微观结构，必须对聚合工艺进行深入研究，

使我们能随心所欲地制备出具有特殊微观结构的合成树脂。

Advanced Materials Industry

36(3)高性能低成本催化剂开发催化剂是化学工业的灵魂，对聚烯烃工业更是如此。聚烯烃工业是随着催化剂的发展而发展起来的。催化剂的更新换代往往会引起聚烯烃工业的革命。单活性中心催化剂和不含邻苯二甲酸酯类有害物质的聚丙烯催化剂是当前国际聚烯烃催化剂研究开发的热点。(4)高性能低成本助剂开发

随着我国聚烯烃催化剂的全面国产化，助剂在聚烯烃中的平均成本已超过催化剂，开发低成本高性能聚烯烃助剂以进一步降低高性能聚烯烃产品的成本显得越来越重要。中国石化北京化工研究院最近开发的高性能低成本聚丙烯结晶成核剂就是一个很好的例子。高性能低成本聚丙烯复合成核剂极大地提高了成核剂的成核效率，使高性能聚丙烯树脂产品的成本明显降低，其基本结构如图3所示。

3.展望

“十二五”期间聚烯烃的发展热点仍然是高性能的新产品。我们不但应该开发耐热聚乙烯（PE-RT）、电工膜用PP、低热封温度PP、茂金属PP、软PP、

透明多相PP、环氧丙烷（PO）、弹性体等国内仍然需要进口的高性能产品，更应该根据我国国情开发低成本抗菌PO、家电用抗静电PO、洗衣机用自洁PP等一系列全新的产品，以满足我国相关行业的需求。而开发这些高性能聚烯烃产品，必须对高分子物理、新的聚合工艺、催化剂和助剂进行深入的研究。

二、工程塑料

与通用塑料比较，工程塑料消费量较小，2007年，世界工程塑料消费量仅1400万t，主要为尼龙（P A）、聚碳（P C）、聚甲醛（P O M）、聚酯（P B T）、聚苯醚（P P O）等通用工程塑料，也包括聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSF）、聚醚醚酮（PEEK）、液晶树脂（L C P）等特种工程塑料，约20万t。但工程塑料附加值高、具有较强的不可替代性。

在我国，2010年工程塑料的需求量约260万t，但2/3左右仍然需要进口。其中，尼龙、聚碳、聚甲醛、聚酯、聚苯醚等通用工程塑料国内均有生产。在国外已产业化的近10个特种工程

塑料品种中，有7个在我国已完成了实验室研究。

“十二五”期间，通用工程塑料应以提高性能和扩大产能为主，特种工程塑料应加快产业化步伐，早日填补国内空白。

针对我国国情，应加强聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的工程塑料化研究。我国一方面是工程塑料产能不足，

另一方面是PET产能过剩。PET一旦结晶是一种非常好的工程塑料，但PET 结晶速度太慢，提高其结晶速率是使其工程塑料化的关键。这样的研究工作难度很大，应发挥我国产、学、研合作的优势，从基础研究入手，力争在新型成核剂和分子结构调整方面取得突破，低成本地实现PET的工程塑料化。

三、生物基(可降解)高分子材料

生物基（可降解）高分子材料的优势是在堆肥条件下可完全降解，并且与传统高分子材料相比可以减少二氧化碳排放，主要包括聚乳酸（P L A）、脂肪族聚酯（P B S）、聚羟基脂肪酸脂（P H A）、共聚酯（P B T S）等几个品种。

由于生物基（可降解）高分子材料在性能/价格比方面没有优势，不但成本较高，性能也较差，因此发展较慢，使用量不大。消费量最大的聚乳酸在2009年的用量也不到10万t。

“十二五”期间生物基（可降解）高分子材料有可能得到快速发展，主要是现在技术上产生了重要突破性进展。例如，D-乳酸的出现，可以使PLA材料的耐热温度从70℃左右提高到200℃以上，

有望在发泡材料、热成型制品和特种薄膜等方面得到广泛应用，使聚乳酸的消费量大幅度提高。

10.3969/j.issn.1008-892X.2011.02.006