我国高分子材料产业转型发展的思考

乔金樑

（中国石化　北京化工研究院，北京　100013）

我国高分子材料产业转型发展的思考

乔金樑

（中国石化北京化工研究院，北京100013）

介绍了国内三大合成材料的生产现状，提出了国内市场存在的主要问题，我国高分子材料产业经过持续多年的高速发展，迎来了转型发展期。通过分析高分子材料的研究现状，阐述了未来我国高分子材料的技术创新方向，我国有创新能力，高分子材料技术领域也留有足够创新空间，可以通过对现有高分子产品的高性能化、高性能“绿色”高分子新材料的开发和“绿色”高端聚合物新制品的开发，实现我国高分子材料产业向创新驱动发展转型，实现产品的“绿色”和高端化以及市场的国际化。

高分子材料；转型发展；绿色材料；高性能

高分子材料作为人类友好的材料之一是目前国内外研究的热点［1-7］。我国高分子材料产业经历技术引进、技术国产化和技术创新3个发展阶段后，现在正处于关键的转型发展期。在发展初期，我国各类高分子材料市场均呈现供不应求状态，产品的利润空间很大，生产通用产品就可创造巨额利润，在巨大投资的驱动下创造了我国高分子材料产业的辉煌时期，合成纤维、合成橡胶和合成树脂三大合成材料的产量从1981年的1 420 kt增加到2011年的81 610 kt，增加了50多倍［8］。但随着中东低成本天然气、美国页岩气、国内煤化工为原料的高分子材料产业的快速发展和天然橡胶产能的大幅提高，全球高分子材料的生产能力出现了严重过剩的趋势，昔日辉煌的市场环境已不复存在。

本文将从国内三大合成材料的生产现状和国内市场存在的主要问题入手，分析我国高分子材料的研究现状，提出未来我国高分子材料的技术创新方向。

1　国内三大合成材料的生产现状及存在的问题

我国是世界合成纤维的生产和消费大国。2013年全球聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的产能为73 000 kt，其中，我国的PET产能为41 000 kt，占世界产能的56％。2011年，我国合成纤维原料的表观消费量为32 230 kt，其中，45％来自进口原料［8］。由于供需严重失衡，我国的合成纤维产业已亏损多年，并且至今仍看不到扭亏迹象。

从2009年开始，我国成为世界合成橡胶的生产和消费量最大的国家，2013年我国消费的合成橡胶总量为4 270 kt，其中，有26％来自进口橡胶，同时还消费天然橡胶3 300 kt（进口天然橡胶占75％）［9］。合成橡胶的生产目前也呈严重亏损状态，而且在短期内难以扭亏为盈。

我国从2010年开始成为合成树脂的世界第一大生产和消费国。2013年，我国合成树脂的表观消费量达76 650 kt，其中，23.9％的合成树脂来自进口［10］。目前，聚氯乙烯、聚乙烯醇和聚甲醛等树脂的价格已大幅下跌，出现了严重亏损的局面。聚乙烯和聚丙烯等树脂的产能增加极快，大有重演合成纤维和合成橡胶悲剧的势头。一度被国人看好的聚丙烯树脂从2012年开始产能已超过消费量，但高端产品还必须进口。由于发展太快，产能超过需求，聚丙烯生产已到达亏损的边缘，可是我国新的聚乙烯和聚丙烯的产能还在不断释放，2014年下半年聚丙烯树脂的产能增加了3 080 kt，聚乙烯树脂的产能增加了1 500 kt［8］。

显而易见，产能过剩是我国高分子材料产业目前面临的主要问题。一方面，低端产品的成本高，竞争力不强，而且产能已经过剩；另一方面，高端产品由于缺少基础而发展较慢，还需依赖进口，这进一步加剧了产能的过剩。不难看出，我国高分子材料产业转型发展的出路是从根本上解决产能过剩的问题。而解决产能过剩问题可从两方面入手：一是通过出口扩大需求；二是通过技术创新开发高端产品，减少进口。两者相辅相成，缺一不可。

我国现有的高分子材料产业成本优势不明显，因此要使产品能大规模出口，必须开发生产高性能、高附加值和比较有优势的高端新产品，而且这些高端新产品必须占领全球市场才能形成经济规模。因此，产品高端化和市场国际化必将成为我国重要的，甚至可能是唯一的转型发展方向。但如要实现产品的转型，必须首先分析一下我国有没有这样的创新基础和能力，以及市场是否留有足够的技术创新空间。值得庆幸的是，改革开放30多年使我国在高分子材料研究上建立了很好的技术基础，三大合成材料的开发仍有足够的技术创新空间，只要转变观念，理顺机制，完全有可能使我国三大合成材料迎来新的发展机遇，再创昔日辉煌。

2　高分子材料的研究现状

2.1已有的技术研究基础

开发高性能高分子材料新产品，必须在高分子物理、聚烯烃催化剂、单体质量控制、聚合工艺、助剂、加工和应用技术等方面具有坚实的研究基础和创新能力。我国在这些方面已建立了高水平的技术平台，具备了开发高性能高分子材料的能力。

在高分子物理方面，通过一系列相关国家重点基础研究发展规划项目的工作，国内研究者对高分子材料开发所需要的相关高分子物理及其应用技术进行了系统研究，为开发高性能高分子材料提供了坚实的理论基础。如“通用高分子材料高性能化的基础研究”项目，不仅将基础理论研究成果成功应用于高性能双向拉伸聚丙烯（BOPP）树脂和高性能PE-100管材树脂的开发，还使高分子材料生产企业具备了举一反三的能力。

在聚烯烃催化剂方面，我国的研究水平一直处于国际先进行列。由于国内的石化企业引进了世界上几乎所有的聚烯烃生产工艺，使我国对催化剂的研究涉及世界上几乎所有的催化剂类型。中国石化北京化工研究院在已建立的N催化剂生产工艺技术［11］和新型二醇酯给电子体技术［12］的平台上，开发了一系列新型催化剂技术。目前已经商业化的高性能聚丙烯催化剂包括N催化剂、DQ催化剂、ND催化剂、超高活性HA催化剂、可在较高温度下聚合的BCM 催化剂等；高性能聚乙烯催化剂包括BCE催化剂、BCL催化剂和用于生产超高相对分子质量聚乙烯的CMU催化剂等。上述催化剂不仅成功应用于国内的聚烯烃生产装置上，有些技术和产品还成功出口到美国等发达国家［13］。

在聚烯烃聚合工艺方面，我国最初只能依靠技术引进。近年来，通过科技人员的不懈努力，在逐步实现了主要技术国产化后，目前我国已成功开发了一些原创的工艺技术，如非对称加外给电子体聚丙烯的新工艺（见图1）［14］、气相高温聚合聚丙烯新工艺、第三代环管法聚丙烯新工艺和单反应器气-固-液三相乙烯聚合新工艺等，并采用这些新工艺开发了多种在中国市场深受欢迎的高性能低成本新产品。

图1　非对称加外给电子体聚丙烯的新工艺Fig.1　New technology of asymmetric adding external electron donor polypropylene.

2.2技术创新空间

近年来，新型高分子材料产品不断问世，新技术也层出不穷。随着高分子物理、聚烯烃催化剂、单体质量控制、聚合工艺、助剂、加工和应用技术等方面许多技术创新成果的出现，我国开发了多种在国内市场深受欢迎的新产品，如均聚高速BOPP树脂，直接聚合法高熔体强度聚丙烯树脂，低挥发性有机化合物（VOC）高抗冲聚丙烯树脂，透明高抗冲聚丙烯树脂，无邻苯二甲酸酯（增塑剂）聚丙烯树脂，低可溶物含量丙烯/丁烯无规共聚物（G-树脂），高速双向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜专用树脂，无增塑剂、无过氧化物、窄相对分子质量分布聚丙烯无纺布专用树脂（包括均聚、柔软、抗菌等多个品种），抗菌防霉聚丙烯树脂，高性能芳纶，高性能超高相对分子质量聚乙烯纤维和直接聚合法高纯度聚丙烯树脂等。其中，生产无增塑剂聚丙烯树脂所用的催化剂不含传统的邻苯二甲酸丁酯内给电子体，而是采用二醇酯（分子结构见图2），利用这种采用二醇酯的催化剂可消除敏感的增塑剂问题。G-树脂的可溶物含量见表1。从表1可看出，与利用传统技术生产的透明聚丙烯相比，G-树脂的可溶物含量明显降低［14］。因此，将G-树脂应用在医疗器械和食品包装时，可大幅提高安全等级。

图2　二醇酯的分子结构Fig.2　Structure of diol ester.

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

新型抗菌防霉聚丙烯树脂中加入了以世界首创的纳米尺度橡胶粒子为载体制备的抗菌防霉剂，该新型产品的成本较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］规定的方法进行测试，不同抗菌防霉剂制备的抗菌防霉聚丙烯树脂的耐水性能见表2。

表2　不同抗菌防霉剂制备的抗菌防霉聚丙烯树脂的耐水性能Table 2　Water resistance property of antibacterial and antifungal polypropylene with different antibacterial and antifungal reagents

从表2可看出，使用了新型纳米粒子抗菌防霉剂的聚丙烯在 50 ℃水中煮沸16 h后，抗菌率仍保持在99％以上［14］；在室温下的水中浸泡5 a后，抗菌率仍保持在99％以上。该新型抗菌防霉聚丙烯树脂产品为世界首创，受到市场的广泛关注。以上事例充分说明高分子材料行业还有足够的创新空间，通过开发高性能新产品，实现产品的高附加值，完全有可能实现产品的出口或替代进口产品，缓解我国通用高分子材料供过于求的问题。

3　技术创新方向

为了保持我国高分子材料产业健康可持续发展，必须坚持“绿色”高分子材料的开发方向，为社会的可持续发展提供可节能减排的高性能高分子材料。在具备技术优势、原料优势和市场优势的领域内，可以开发三类高性能“绿色”高分子新材料，即现有高分子材料的高性能化、高性能“绿色”高分子新材料和“绿色”高端聚合物制品。

3.1现有高分子材料的高性能化

将现有的高分子材料高性能化应该是最重要，也是应该优先发展的方向。这类高性能化高分子材料包括：极性聚烯烃新材料，高速低成本BOPE薄膜专用树脂，可热塑性加工的聚乙烯醇塑料，用于电容器膜的高纯聚丙烯树脂，低含量VOC、无增塑剂、抗菌防霉聚丙烯无纺布专用树脂，抗菌防霉塑料和纤维，更低可溶物的高抗冲透明聚丙烯共聚物［15］，高熔体强度高抗冲聚丙烯树脂，高结晶高抗冲聚丙烯树脂，克服“魔三角”的节能汽车轮胎胎面用橡胶，高阻隔性丁基橡胶复合材料，工程塑料用PET树脂，工程塑料用尼龙树脂等。

3.2高性能“绿色”高分子新材料

为了应对激烈的市场竞争，确保我国高分子材料产业健康可持续发展，必须开发高性能“绿色”高分子新材料。这类材料包括：生物基聚酰胺等生物基高分子材料，含石墨烯等碳材料的复合材料，低成本、高强度可生物降解的农用地膜材料，高档润滑油脂用聚合物材料，聚（1-丁烯）树脂，烯烃基均聚或共聚弹性体，3D打印用聚合物材料，导热、导电高分子新材料，节能型LED照明和显示用光扩散材料，页岩油气开采用聚合物新材料、高分子纳米复合材料等。

3.3“绿色”高端聚合物制品

“绿色”高端聚合物制品是我国高分子材料健康发展所必须外延的技术开发领域。该类制品包括：锂离子电池用聚烯烃隔膜，超滤和反渗透膜等分离膜材料，“聚烯烃机头拉伸”加工技术及材料和制品［16］，高性能发泡聚烯烃材料，低热传导系数、低成本建筑用外墙保温新材料，高性能低成本抗静电纤维，阻燃抗滴落PET纤维，抗菌防霉PET纤维，抗菌、防霉、阻燃、抗滴落“超仿棉”纤维等。

4　结语

我国已经在国际上率先开发了一批高性能高分子材料新产品和替代进口的高性能/价格比产品，说明我国有创新能力，而且高分子材料行业也有足够的创新空间。只要我国能够转变发展模式，放眼国际市场，将创新作为必须品，而不是奢侈品，高分子材料产业将会克服困难，成功实现转型发展。

实现转型发展离不开国家政策的支持。我国应该控制低端产业扩能，鼓励高端产业发展；还应该加强进出口管理和政策性引导，控制低端产品和废旧垃圾进口，鼓励高端产品出口。同时，应该利用我国的体制优势，加强政府引导下的产、学、研、用联合技术攻关，快速提高我国相关产业的技术水平，提高产业竞争力。相信只要我国坚持绿色化和高端化的产品开发方向，加强国际市场开拓，高分子材料产业就能顺利完成转型，并保持健康、快速发展的趋势。

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（编辑邓晓音）

专题报道：实现CO2高效捕集与转化是缓解全球温室效应问题的有效途径。天津大学绿色合成与转化教育部重点实验室通过对具有特殊形貌的花束状CeO2催化剂的可控制备，提高了CeO2催化剂对于CO2和甲醇合成“绿色化学品”碳酸二甲酯的催化性能。研究了CeO2催化剂的形貌、晶面、酸碱性对产物收率的影响规律，花束状CeO2催化剂暴露的（110）活性晶面及较多的酸性位和碱性位有利于碳酸二甲酯生成。该研究结果为CO2的有效转化研究提供了新思路。见本期1038-1042页。

天津大学绿色合成与转化教育部重点实验室简介：天津大学绿色合成与转化教育部重点实验室于2003年经教育部批准组建。该实验室依托天津大学化学工程与技术国家重点一级学科，瞄准与国民经济、社会发展及国防安全相关的重大科技问题，聚焦国际绿色化学发展的前沿，开展与能源、资源的高效转化与清洁利用相关的创新性应用基础研究，建设成为绿色化学与化工科学研究基地、关键技术开发基地、科技人才培养基地。该实验室已形成了特色鲜明、优势显著的研究方向（一碳化学与化工、功能化学品及新材料的绿色合成、生物质能源与生物质的化学加工），承担了多项国家重大专项、973项目、863项目、国家自然科学基金重点项目、重大产学研等重大科研项目，并取得了一批重要的基础研究和技术创新成果。该实验室整体研究水平处于绿色化学与化工领域的国内外先进水平。一碳化学与化工形成了煤制乙二醇关键技术，引领了国内相关研究方向的发展趋势；非粮燃料乙醇技术取得了重大突破，技术覆盖率达80％；高能燃料技术服务于国家安全，具有不可替代性。该实验室重视人才建设，已形成以院士、长江学者、杰出青年、千人计划、优秀青年、教育部新世纪优秀人才等为学术带头人的结构合理的人才梯队。该实验室将充分利用天津大学的学科优势和人才优势，基于我国能源与资源结构现状，瞄准本领域的科学前沿和国家重大需求，继续深入开展绿色合成与转化的基础理论和工业应用研究，为相关领域的技术进步提供支撑。

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。

乔金樑（1959—），男，北京市人，博士，教授级高级工程师，电话010-59202375，电邮jqiao.bjhy@sinopec.com。