石油和化学工业十二五规划绿色环保新材料与新型民用新材料

第29卷第8期

化学工业

2011年8月CHEMICALINDUSTRY

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权威视点

“石油和化学工业‘十二五’规划思路报告会”特别报导(四)

我国化工新材料产业发展现状及应用热点(下)

———绿色环保新材料与新型民用新材料

陈瑞峰,张

丽,魏

(石油和化学工业规划院,北京100013)

摘要:分上下两篇文章,从终端应用领域入手,重点介绍了化工新材料在新能源(太阳能、风能、锂电池)、

现代交通(汽车、船舶、航空航天)、绿色环保(生物降解塑料、水处理、大气治理)以及新型民用(纺织纤维、家用电器、IT电子)等4个重点领域中的应用情况,并分析了其中涉及的20余个热点品种发展现状以及未来趋势。

关键词:化工;新材料;趋势;市场调查;述评文章编号:1673-9647()8-0001-092011

中图分类号:TQ324

文献标识码:A

1绿色环保新材料

1.1替代传统树脂的生物降解塑料[1,2]

随着人类对石油等不可再生资源消耗量的与日俱增,全球石油资源供给日趋紧张,价格不断上升,同时使得以石油为原料的通用塑料使用成本也不断提高。在现代生活中,通用塑料广泛应用在包装、家电外壳、医疗器械、工程部件、纺织、汽车工业、玩具、餐具等领域,已经逐步成为人民生活中不可或缺的材料。但塑料产品用量的增加,也使得由此所导致的“白色污染”问题日益严重,从而促使人们寻找并开发具有生态循环特征的环境友好材料。其中生物降解塑料当是最为环保、最具有发展前景的绿色材料之一,也由此在国内外形成了一股开发热潮。

塑料降解是指在一定条件下,经过一段时间或多个步骤,可导致材料的化学结构显著变化而损失某些性能(如完整性、相对分子质量、结构或机械强度)或发生破碎的塑料,按照降解方式的不同,可分为光降解、热降解、氧化降解、生物降解以及组合降解塑料等。生物降解塑料区别于其它几类的最大特点是,降解产物可以完全被自然环境代谢吸收,可以在自然环境或可控堆肥条件下,完全被土壤或堆肥中的微生物分解、代谢,释放出二氧化碳和水等。由于生物降解塑料可以从根本上解决“白色污染”的问题,因此被

全球公认为一种真正绿色的环保材料。而且,生物降解塑料在推行低碳经济上也将发挥重要作用。譬如,据欧洲生物塑料协会的数据,每使用1t淀粉基塑料可减少CO2排放0.8~3.2t。随着新型品种不断开发,应用领域不断拓宽,生物降解塑料将在更大的领域替代传统树脂产品,并给人类生活带来极其深远的影响。

目前,全球石油基塑料产量为2.2亿t/a。在全球石油资源供给日趋紧张,以石油为原料的合成塑料所引发的环保问题日益突出的情况下,生物塑料市场需求量将迅速增长。生物降解塑料的市场主要在美国和欧洲。尽管目前生物降解塑料在热塑性塑料总需求量中所占的比例不足1%,但其巨大的增长潜力已经显现出来。因此,各生产商不断扩大产能、积极开发新品,各国著名机构也纷纷对生物塑料的未来作出乐观预测。德国

HelmutKaiser咨询公司预计,全球生物塑料市场

将以年均20%~30%的速度增长,规模将于2015年增长到54万t/a,销售额达到100亿英镑;美国

Frost&Sullivan公司在2008年第三届欧洲生物塑

料会议上预测,2011年全球生物降解塑料产能将

收稿日期:2011-03-28

作者简介:陈瑞峰(1980-),男,内蒙古人,工学博士,高级工程师,主要从事石油化工、化工新材料等方面的规划、咨询和研究工作。

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达到200万t/a;美国生物技术工业组织预测,今后几年随着聚合技术的进步及加工手段的改进,可生物降解塑料的性能将不断提升,美国对可生物降解塑料的市场需求将以两位数的速率增长。

近年来,世界各国都逐步认识到能源和环境问题的重要性,制定了一系列关于生物降解塑料的优惠政策或法规。譬如,我国从2008年6月1日起开始实行“限塑令”,并在2008年8月召开的奥运会期间成功应用了生物降解材料(包括垃圾袋、一次性餐盒等),促进了生物降解塑料的快速发展。在国外,爱尔兰从2002年开始对普通PE塑料袋征税,顾客需要为每个塑料袋额外支付33欧分,从而使普通塑料袋的使用率下降了94%;美国旧金山2005年开始对每个塑料购物袋征税

17美分,与政府清理塑料袋的成本相吻合;荷

兰、比利时、卢森堡等国,每个一次性塑料袋向顾客收取0.3欧元的费用,其中0.1欧元为成本费、0.2欧元为环保税;英国、韩国、加拿大、澳大利亚、巴西、新加坡、瑞典、法国、印度等国家也已相继出台了类似的法令。未来,将有更多的传统塑料袋被可生物降解购物袋所取代。

经过十几年的发展,我国生物降解材料取得了长足发展。其中PHA生产企业有5个,总产能超过1.5万t/a,种类和产量都处于国际领先地位。我国还形成了世界第二的5000t/a聚乳酸(PLA)、1万t/a聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的生产线、世界第一的1万t/a聚碳酸亚丙酯(PPC),以及年产2万t以上淀粉基材料的能力。预计在今后5~10年内,我国将形成一个以PLA、PBS、淀粉塑料等为主可降解生物材料市场。在药物控制释放材料和骨固定材料及人体组织修复材料等方面,如降解塑料可以成功应用,年产值将达到几十亿元;在生态纤维制品方面,如能开发并生产出优质的纤维制品,将有年产值100亿元的市场销售空间;在降解塑料日常制品方面,我国消费市场空间更大,年销售额将达上百亿元。在不久的将来,我国将是生物降解塑料最大的生产基地和消费市场。

按照原料来源的不同,生物降解塑料可以分为石油基和生物基两种,前者以石油化工产品为原料(如PBS、聚甲基乙撑碳酸酯、聚己内酯等),后者则以生物质为原料(如PLA、聚羟基脂肪酸

酯等)。随着生物化工技术的进步,越来越多的传统石油化工产品可以通过新型的生物化工路线获得,因此一部分生物降解塑料产品也正在从石油基向生物基转变(如PBS)。目前,全球已开发了多种基于不同原料的生物降解塑料,主要品种包括淀粉基生物降解塑料、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚己内酯(PCL)、二氧化碳共聚物脂肪族聚碳酸酯(APC)等。其中,淀粉基PLA、PBS、生物降解塑料是进入市场最早和目前市场消费的三大主要品种。

1.1.1聚乳酸

聚乳酸(PLA)主要由乳酸直接聚合或丙交酯开环聚合制得。由于丙交酯开环聚合能得到较高的相对分子质量,所以此法为目前最为普遍的生产方法。聚乳酸为结晶型聚合物,熔点185℃,具有无毒、无刺激性、强度高(拉伸强度为60

MPa),硬度高(洛氏115)、易加工成型和优良的

生物相容性等特点,制品在使用后可完全降解。因此,聚乳酸是一种能真正达到生态和经济双重效应的生物环保材料,是近年来开发研究最活跃、发展最快的生物降解塑料。但PLA也有热变形温度过低、脆性较大等问题。长春应用化学研究所、同济大学等国内机构着重开展了提高PLA热变形温度方面的研究,并取得了较好的成果。聚乳酸产品也向着高光学纯度L型、D型乳酸技术的方向发展。生产工艺更加清洁,产品纯度更高。乳酸的原料来源也从粮食作物逐步向非粮农作物及秸秆转化。

目前,世界聚乳酸生物降解塑料生产能力约

20万~25万t/a。产能最大的是NatureWorks公司

在美国建成的14万t/a聚乳酸装置,约占世界总产能的40%,质量稳定,牌号较多,有注塑级、挤出级、片材级、纺纤级、吹瓶级以及双向拉伸薄膜级等。近期,美国NatureWorks公司提出了在亚州投资3—4亿美元建设数万吨级PLA生产线的计划。此外,巴斯夫正着手将其在路德维希的PLA生产线扩至6万t/a。在国内,PLA的发展速度也很快,浙江海正生物材料有限公司和长春应用化学研究所合作开发PLA,已成功建立5000t/a的生产线,质量比较稳定,但牌号较少;上海同杰良与同济大学合作开发PLA,为一步法直接聚合产物,成本更低,已建成500t/a的生产线;另外,

第8期陈瑞峰等:我国化工新材料产业发展现状及应用热点(下)

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江苏九鼎集团和深圳光华伟业也在建设PLA中试生产线。从国外的发展情况来看,PLA的生产线可以达到较大规模(10万t/a),并且产品成本较低(2.2万元/t左右),因此具备了较强的市场竞争能力。

1.1.2聚丁二酸丁二醇酯

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是由丁二酸和丁二

醇经缩聚而得,为结晶型聚合物。与其他生物降解塑料相比,PBS力学性能十分优异,机械强度较高(40~45MPa),韧性好(断裂伸长率>400%),接近PP和ABS塑料;耐热性能好,热变形温度接近100℃,改性后使用温度可超过100℃,可用于制备冷热饮包装和餐盒,克服了其它生物降解塑料耐热温度低的缺点;加工温度范围宽,是目前降解塑料中加工性能最好的,同时可以共混大量碳酸钙、淀粉等填充物,得到价格低廉的制品。在目前产业化的生物降解塑料中,PBS的综合性能最为优异,并且性价比合理,具有良好的应用前景。

PBS所用的丁二酸和丁二醇两种原料既可以

采用化学法合成,也可以利用玉米芯、蔗糖、蔗渣、稻草、小麦秆、高粱秆、白杨、芦苇、向日葵壳等天然可再生资源中的戊聚糖或纤维素等,通过糠醛法或发酵法来制得。

PBS的合成方法主要有直接酯化法、酯交换

法和扩连法。我国的PBS产业化走在世界前列,其中安庆和兴化工有限责任公司与清华大学合作,利用丁二酸和丁二醇直接酯化合成PBS,成功建立了1万t/a的PBS生产线并投产,是目前世界上最大的生产装置。此外,我国杭州鑫富药业也采用中科院理化技术研究所自主研发的PBS生产技术,成功建立了PBS生产线。在国外,日本三菱生产的PBS成本较高,产能较小;日本昭和采用扩连法生产PBS,产能为5000t/a,但由于扩链剂的原因,较少应用于食品领域,产能较小;美国Eastman公司建有规模为15000t/a的生产装置;德国巴斯夫生产的PBS类共聚酯Ecoflex,产能较大,但成本过高(5万~6万元/a),较多用于吹塑薄膜。

1.1.3淀粉基生物降解塑料

淀粉基生物降解塑料以淀粉为基础,通过添

加各种环保助剂以及生物降解树脂(如PLA、

PBS等)制得。由于淀粉价格低廉,淀粉基材料

成本较低(1.5万~3万元/t),具有成本低、投资少、使用方便、可生物降解的特点,并且能用普通的塑料热塑加工机器加工,因此在工业上可以代替聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料,用于一次性餐具、注塑玩具、薄膜等领域。在各类生物降解塑料中,淀粉基生物降解塑料已有30年的研发历史,是研发历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高、价格较低的一种生物降解塑料。但由于淀粉具有很强的吸湿性和脆性,淀粉基材料的使用寿命以及印刷性能都较差,所以淀粉基塑料的应用也受到一定的限制。

意大利Novamont公司生产的MaterBi塑料、美国Warner-Lambert公司生产的Novon系列产品和德国Biotec公司生产的Bioplast塑料,已成为国际上最受瞩目的3种淀粉基生物降解塑料。目前,国内主要生产单位有:天津丹海、武汉华丽、南京比澳格、广东上九、河北昭和、浙江华发、福建百事达、成都新柯力等公司,其中几个大型企业均达到年产万吨级生产规模,总产能约8万t/a,淀粉基材料总产量占到我国生物降解塑料产量的

60%以上,并出口日本、韩国、马来西亚、澳大

利亚、美国、欧盟等国家或地区。

1.1.4聚羟基脂肪酸酯

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)为系列生物降解塑

料,是在细菌体内合成的,通过对合成酶的改造以及细菌的基因改造,可使PHAs的结构、相对分子质量以及合成效率等发生改变,从而得到不同性能的PHAs材料。目前开发的有聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯

(PHV)、聚羟基己酸酯

(PHHx)以及聚(羟基丁酸-戊酸酯)(PHBV)共聚物等。PHAs因其结构或组成不同,理化特性也不同,一般为白色粉末状结晶型聚合物,熔点

145~175℃,机械强度高,硬度高,热变形温度

高(105℃)。但PHAs系列材料也存在一些问题,例如加工温度范围窄,热稳定性差,脆性大;细菌合成的可控性较差,成本高(4万~5万元/t)。目前,很多研究机构或企业都致力于通过增韧、增塑等方法,或者提高羟基戊酸酯组分的含量,来克服以上限制,但目前尚未大规模应用。

我国PHA领域的研究在世界范围内是最活跃的,特别是清华大学和中科院等单位在PHA领域的研发工作以及国内业已形成的1.5万t/a的PHA生产能力。这使得我国PHAs的产业化处在世界

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领先水平。其中,宁波天安生物材料公司与中科院合作开发的PHBV已经建成2000t/a的生产线,目前正在筹建2万t/a的生产线,其PHBV与巴斯夫的Ecoflex共混制得的ENMAT材料,克服了

PHBV脆性和加工困难的问题,但成本很高。除

此之外,天津国韵生物材料有限公司、深圳意克曼生物科技有限公司、山东鲁抗集团、广东联亿生物公司以及江苏南天集团也与清华大学、汕头大学等高校合作,正在建立PHAs中试生产线。最近天津国韵生物材料公司与荷兰DSM(帝斯曼)公司等合作投资2000万美元建立1万t/a的

PHA工厂,规模仅次于美国Metabolix和ADM合

作在建的5万t/a工厂。

1.1.5聚甲基乙撑碳酸酯

继20世纪80年代日本东京大学的井上祥平

发现CO2与环氧化合物反应生成生物降解的脂肪族聚碳酸酯之后,由于种种原因,国外一直未能将其产业化。近些年,我国在CO2共聚酯方面研究取得了进展,利用自己开发的高效、环保、低成本催化剂,将CO2变成了可生物降解的聚酯材料———聚甲基乙撑碳酸酯(PPC),并对其加工、发泡、改性等方面进行了深入的研究和探索。中山大学先后与河南天冠集团以及中国海洋石油化学有限公司合作,分别建成了5000t/a、3000t/a的PPC生产线,成为世界上最先实现PPC产业化的企业。另外,中科院长春应用化学研究所也先后与内蒙古蒙西集团和中国海洋石油化学有限公司合作建立了1000t/a的PPC中试生产线。

PPC为无定型聚合物,韧性很好,有一定弹

性,加工温度范围宽,经过近几年的努力,已经实现了在医用和食品包装材料领域的一些应用,使二氧化碳基塑料成为生物降解塑料家族的重要品种。但二氧化碳基塑料机械强度较低,尺寸稳定性较差,由于其玻璃化转变温度Tg较低(35~

40℃),所以粒子容易粘连、不利于加工,进一

步限制了产业化发展速度。中山大学等研究机构通过提高PPC相对分子质量、引入第三、第四组分以及共混改性等方法来克服PPC的这些缺点,取得了良好效果。

1.1.6聚己内酯

聚己内酯(PCL)为结晶型聚合物,生物降

解速度快,生物相容性好,但机械强度差,韧性差,熔点低(60℃),热变形温度低(40℃就开始

变形),热稳定性差,加工性能较差。目前,PCL的生产装置能力较低,产品价格也很高(3.5万~

4.5万元/t),所以PCL较多用于高端的医用缓释

材料领域,其它方面的应用较少。目前,国内外生产PCL的企业有英国ICI、日本Unitika以及我国的深圳光华伟业(原武汉天生成)新材料有限公司。

由于每种生物降解塑料都有优缺点,单独使用很难达到满意的性能要求,因此近年来国内外也兴起了共混改性生物降解塑料,以求得到综合性能优异、成本适中的生物降解材料。

除了上述的几种生物降解塑料以外,也有其他一些生物降解塑料处于开发阶段,目前还没有产业化,例如聚乙交酯(PGA)等。

1.2水处理用新材料———聚偏氟乙烯

从水处理行业的实际运行角度来看,可以将

其划分为循环水系统治理、水资源综合治理和自来水供应及其他特种水处理三个类别。我国水处理市场成长十分迅速。2005年我国水处理行业市场规模约400亿元,到2008年则达到1000亿元以上,其中循环水系统治理行业为77亿元,水资源综合治理行业为453亿元,其余部分总计达到

470亿元。预计未来我国水处理市场规模增长速

度将会维持在20%左右。

中空纤维分离技术是一种新型的净化分离技术,该分离过程在常温进行,无相变,不产生二次污染,是高效的节能分离净化技术,广泛应用于环保、废水净化处理领域。中空纤维超滤膜作为一种广泛使用的家用净水处理滤材,其主要生产原材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等高分子材料。由于材料的不同,所生产的中空纤维膜性质各异。

PVDF作为一种结晶型的高聚合物,以耐腐蚀性

能优良,机械强度和物理性能良好,卫生安全性能符合美国NSF的标准要求,耐辐射等优势成为首选膜材料。

PVDF作为一种含氟高分子材料,是氟塑料

中最强韧的,具有较高的耐热性、不燃性,具有突出的耐气候老化性,耐臭氧、耐辐照、耐紫外光,耐腐蚀性能优良,室温下不被酸、碱、强氧化剂、卤素腐蚀。用PVDF材料生产的中空纤维膜同样具备优良的耐腐蚀性能(pH大于10的强碱

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除外)。化学清洗作为PVDF膜丝通量恢复的一种主要手段,使PVDF超滤膜滤芯达到可反复使用的目的。再加上PVDF良好的耐腐蚀性能,PVDF膜丝使用寿命一般大于5年,而其它膜材的膜丝使用寿命一般为1~2年就必须进行更换,大部分不能进行化学清洗。

超滤膜在使用过程中控制膜污染的最好方式是选用适合的抗污染膜材。采用PVDF生产的膜,组织结构均匀,孔隙分布均匀,膜表面孔小而内部孔大。这种结构也是膜孔不易污堵基本条件之一。PVDF是目前世界公认的高抗污染材料,其生产的PVDF超滤膜抗污染性能远远高于其它材料膜。作为一种含氟的高分子材料,由于其中的氟元素具有较强的负极性,从而使PVDF膜不易吸附有机物而具备良好的抗污性能。

目前,我国主要的PVDF生产企业有上海三爱富新材料股份有限公司、浙江省化工研究院与晨光化工研究院。2009年,我国PVDF产能达到

1750t/a,产量约为572t,消费量为1970t。随

着今后我国环保行业与水处理产业的不断推进,对于PVDF的需求量将逐步增加。预计2015年我国对于PVDF的需求量将达到3400t。

1.3大气污染治理用材料———

聚苯硫醚[3]随着大气污染物排放标准的不断严格,冶金、建材、化工、医药、火力发电、垃圾焚烧等行业对过滤设备和材料提出了越来越高的要求。以火力发电为例,对于燃用低硫煤和高灰分煤的电站锅炉,若采用电除尘器很难达到排放标准或必须增加投资,而袋式除尘器的过滤效率不受粉尘比电阻、浓度和粒度等因素的影响,因而越来越受到重视。

滤布材料是过滤分离设备的“心脏”,是决定分离效果的重要部分。但是由于不同行业的工作物料性质差别大,滤布的使用环境复杂,这就决定了不同条件下滤布材料选择的不确定性和复杂性。其中,工作物料的化学性质和温度条件决定了滤布的取材问题。过滤布主要作用有两方面:一是用于气体-固体间的消烟吸尘即气滤;二是用于液体-固体之间的有效分离即液滤。

过滤布主要常规品种有以涤纶、丙纶等为主原料的机织布;以玻璃纤维为主原料的机织布;以涤纶、丙纶等为原料的非织造布;布膜复合布以及用有机耐高温芳纶、芳砜纶纤维、金属纤等

加工而成的特种滤布等。随着滤料加工技术的不断发展,低阻、高效、长寿命的滤料将是下一步发展的重点。其中,聚苯硫醚及其纤维织布是突出代表。

聚苯硫醚(PPS)树脂被誉为第六大工程塑料,开发利用前景十分广阔。我国自1978年开始试生产PPS,但由于国内PPS生产在原料精制、聚合工艺、产物后处理(如溶剂回收)、产品开发及工程放大等方面没有突破,迫使许多研究单位停止了开发研究,大部分生产企业只能小批量生产,开工率严重不足甚至停产。2006年以来我国

PPS树脂生产能力维持在8000t/a的水平,年产

量约3000~4500t,主要生产企业是四川得阳科技股份有限公司。2010年我国PPS树脂消费量约

2万~2.5万t,其中35%用于生产纤维(如工业过

滤材料)以及碳纤维和芳纶复合材料。

PPS亦是一种高性能特种纤维原料,其纤维

具有优异的耐化学性和耐高温的热稳定性以及抗恶劣环境、阻燃、绝缘、防辐射等功能,在高温、化学腐蚀环境等领域中得到广泛应用。随着国家对粉尘和尾气等污染源的控制力度加大,从2004年1月1日起,火电厂及其他行业的燃煤锅炉执行

50mg/m3的排放标准,为达到这一标准,滤袋除

尘成为主要的除尘方式。而由于都市废弃物焚化、燃煤锅炉排放以及电厂的烟气排放对滤袋的材料和功能性要求极高,PPS纤维作为高温耐腐蚀滤袋主导制造材料在国内市场已经形成并逐年扩大,需求量保持着20%以上的年增长速度,产品供不应求。

PPS纤维一直被国外公司垄断。据调查资料

显示,早在20世纪70年代,美国Phillips公司就已经取得了PPS的专利。在Phillips公司的专利到期后的短短几年时间里,日本公司纷纷建立了树脂及复配料加工厂,东丽公司、东洋纺公司、吴羽公司相继进行了PPS纤维的开发,成为PPS纤维目前在我国市场的最主要供应商。我国于20世纪90年代初开始研究PPS纤维。真正打破国外对

PPS纤维垄断是在2008年。当年1月11日,由

中国纺织科学研究院承建、以国产PPS树脂为原料、国内最大规模的5000t/aPPS纤维生产线,在得阳公司建成投产。经检测,纤维性能优良,达到了国外同类产品先进技术水平。以此为标志,国产PPS纤维实现了跨越式发展。

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2新型民用材料

2.1新型纺织纤维材料

根据我国行业分类,纺织全行业包括纺织业(纺织制成品行业)、服装鞋帽业、化纤业和纺织机械业四大板块。化纤直接用于纺织制成品行业(由服用、产业用和装饰用三部分纺织终端产品构成),化纤纺织所用的主要化学纤维包括涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、维纶、氯纶等普通合成纤维,以及芳纶、氨纶、碳纤维等特种合成纤维,品种有短纤和长丝。

尽管经历了2009年的经济放缓和人民币逐步升值的压力,2010年我国纺织行业业绩依然达到历史最高水平。据中国纺织工业协会初步估计,

2005年翻一番[4]。

纺织工业是我国的传统支柱产业、重要民生产业和具有国际竞争力的产业。资料显示:2009年,我国纤维加工量达到3780万t,占全球纤维加工量的一半。即使在金融风暴肆虐的2008年,我国出口纺织品服装依然达到1896亿美元,占国际市场份额的1/3,远远超出其他国家,是名副其实的纺织品服装生产和出口大国。目前我国纺织行业依然面临人民币升值、国际市场需求不稳以及劳动力成本上升等三大挑战,我国纺织企业还是要通过调整产业结构和转变生产方式来应对这些挑战,具体包括加快科技进步、推进品牌建设、推进产业转移和寻找新兴增长点等四大措施。

纺织业为弹性纤维、超细纤维、功能性纤维等新型纤维的发展提供重要动力。纺织行业涉及的化工新材料见表1。为适应纺织业发展需求,加强纺织纤维创新研究,不断开发高技术、高附加值纺织纤维品种,在提高产品差别化和功能化水平的同时降低产品生产成本,将成为我国纺织纤维未来结构调整和产业升级的重要发展方向。

2010年我国纺织业规模以上企业产值将突破4万

亿元,出口额将超过2000亿美元,利润有望突破2000亿元,利润增幅有望达40%。“十一五”期间,大中型纺织企业研发经费投入、规模以上企业新产品产值增加了近两倍。2010年,纺织业

1/3左右的优势企业的技术装备实力总体达到国

际先进水平,规模以上企业全员劳动生产率比

表1

氨纶、锦纶、涤纶等

纺织行业涉及的化工新材料

2010年总需求量估算/万t

557550210

弹性纤维超细纤维功能性纤维其他差别化纤维

氨纶(杜邦商品名为莱卡)、涤纶、锦纶等及其复合纤维以涤纶、腈纶等为基材的复合纤维,芳纶、氨纶、碳纤维等普通合成纤维的特殊品种

注:功能纤维主要是指具有能传递光、电以及吸附、超滤、透析、反渗透、离子交换等特殊功能的纤维,还包括提供舒适性、保健性、安全性等方面的特殊功能及适合在特殊条件下应用的纤维。

2.1.1氨纶

聚氨酯纤维是一种高弹性的弹性体纤维,国

有限公司率先进入该行业。其后,我国氨纶经历了十多年的缓慢发展期。2005年以来,我国氨纶行业开始步入稳定成长期。目前国内主要氨纶生产企业有20多家,规模较大企业有烟台万华、晓星氨纶、英威达纤维、浙江华峰、杭州舒尔姿等。

际上统称为“斯潘德克斯”(Spandex),我国俗称为“氨纶”。氨纶具有优异的弹性和很大的延伸性,在许多传统的纺织品中只需加入少量的氨纶,即可使织物的档次大为提高,体现出柔软、舒适、美观、高雅的风格,因此深受广大消费者特别是妇女的青睐。氨纶广泛应用于弹力袜类、弹力内衣、弹力服装等服装领域,同时在医疗材料方面也被大量使用,如制作绷带、人工皮肤、护罩、外科缝线等。目前氨纶弹性服饰的应用正在由欧美向亚洲转移,由内衣向外衣发展,由女性服饰向男性服饰扩展。

我国氨纶生产开始于1989年,烟台氨纶股份

2009年我国氨纶总产能近25万t/a,当年产量约20.3万t。预计2015年国内氨纶产能将可能达到40万~45万t/a。

2.1.2聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维

聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)可以制成纤维和塑料,主要应用于服饰材料、地毯材料、工程塑料、薄膜材料及其它领域。PTT纤维保持了

PET纤维的优良的抗皱性和耐化学性,强度满足

纺织要求;具有优异的回弹性;色泽均匀,色牢

第8期陈瑞峰等:我国化工新材料产业发展现状及应用热点(下)

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度高;还具有优良的柔软性、抗日光性、耐污性、低静电性、低吸水率等。PTT纤维极适合用于地毯和时尚织物,颇具发展潜力。

国外PTT树脂及纤维生产商主要是Shell、

元关口,至2010年在我国经济政策刺激、家电行业环境全面好转、消费需求爆发性增长的作用下,国内家电市场规模首次突破1万亿元大关。2010年国内家电市场增速超18%,创下过去10年来之最。其中,黑电行业1700亿元以上,白电行业

DuPont、德国吉玛等公司。20世纪90年代后期,

我国有多家生产企业进行有关PTT的合成、PTT纤维的制造及应用等方面技术的开发,但因PTT工艺技术的绝对垄断和1,3-丙二醇(PDO)单体未能大规模工业化生产,导致国内PTT工业化进程缓慢。目前仅有一家PTT树脂生产商———张家港美景荣化学工业有限公司,生产能力约3万t/a,获杜邦授权,原料PDO由杜邦供应,于2008年2月建成投产。而进口PTT树脂生产纤维的厂家相对较多,主要有泉州海天(与杜邦合资)、江苏盛虹、仪征化纤、南阳天冠、上海华源等,PTT纤维生产规模约1万~2万t/a。

2500亿元以上,IT、通讯产业4500亿元以上,

厨卫、小家电1700亿元以上。值得关注的是,厨卫、小家电显示出强劲的爆发力。据有关统计数据,2010年,我国生产彩电1.18亿台,手机9.98亿部,微型计算机2.46亿台,数码相机9千万台,均名列全球第一。

随着我国经济的持续发展和人民生活水平的不断提高,洗衣机、空调等传统家电产品也将面临巨大的更新换代需求,家电下乡政策大大激发三四级市场的发展潜力,整体家电市场及消费电子产品的市场容量未来将继续保持相对稳定的增长。

为顺应电器轻薄化、低成本需求以及资源的可循环利用化等要求,特别是在大宗使用的电器产品外壳方面,塑料及其改性材料的应用越来越多。电子电器产品使用的塑料部件种类繁多,ABS、PP和PS、PVC等通用塑料主要用于制造电子电器产品的外壳;PC、尼龙、PBT等工程塑料及其合金材料主要用作电子电器产品中的电源、风扇及各种接插件等。家用电器领域涉及的化工新材料见表2。未来家电产品用塑料必须具备实用性、低成本性并达到环保要求和阻燃标准。

2010年我国PTT树脂消费量约2万~3万t,

其中约90%直接用于纺丝,其中约66.7%用于服装,33.3%用于地毯。原料PDO工业化生产是PTT产业化的关键。如国内PDO单体供应得到缓解,

PTT大规模工业化生产将变为可能。2.2家用电器用新材料

家用电器是我国改革开放之后发展起来的新兴工业,历经二十多年的超高速发展,已成为成熟产业。2006年我国家电行业的市场规模首次突破

7000亿元关口,2007年市场规模又突破8000亿

表2家用电器领域涉及的化工新材料

应用领域电视机电冰箱(2)洗衣机(3)房间空调器小家电产品其他

单位用比率(1)/%

总需求量估算(4)/万t

PS、ABS、PP等通用塑料及改性产品,高要求时使用PA、POM、PC、PPO、PET、PBT、PPS和PSU等工程塑料

以ABS、PP、PE、PVC、PA等通用塑料品种为主以PP为主,少量使用HIPS

改性PS、改性PP、AS、ABS及其玻璃纤维增强品级

≈9≈43≈35≈18

吸尘器≈60

≈18≈76≈67≈84≈90≈35

ABS、HIPS、AS、PP、PMMA和玻璃纤维增强PS等,特殊

部件使用POM、PBT等工程塑料

注:(1)数据指质量百分比;(2)电冰箱的塑料用量占全重的35%~50%,国内每台冰箱中平均占11.4kg;(3)一台双缸洗衣机使用的塑料件一般为7~12kg,全自动洗衣机可达20kg以上,占洗衣机总重量的1/3以上;(4)2010年估计用量。

2.2.1ABS及其改性

ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚

物)是第五大合成树脂品种,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性等诸多性能优良,

随着使用要求不断的提高,经过改性可扩大应用范围,可代替工程塑料使用。

2010年我国ABS消费量首次超过400万t,

其中通用注塑级占70%左右,专用料占10%,其

化学工业

·8·

CHEMICALINDUSTRY2011年第29卷

他市场份额是ABS树脂经改性来更好地满足用户的使用要求。近年来,我国ABS树脂消费市场重心正在逐步转移,汽车、电子等产业的兴起使ABS树脂市场格局呈现新的变化。目前,我国ABS树脂消费高度集中在电子/电器配件上,如电冰箱、电视机、电话、办公机械以及其他小家电等,约占总消费量的80%。

2010年我国ABS树脂总产能达到247万t/a。我国ABS树脂生产集中度高,主要生产企业有:

宁波LG、镇江奇美、镇江国亨、宁波台塑、上海高桥、吉林石化以及新投产的天津石化等一批

20万t/a规模以上的项目。根据项目建设进展,

预计到2015年我国ABS树脂总生产能力将超过

400万t/a。

2.2.2聚苯乙烯及其改性材料

聚苯乙烯是五大通用合成树脂之一,有通用型(GPPS)、高抗冲型(HIPS)、可发性(EPS)三个品种。其中,家用电器行业主要使用HIPS,用于制造配件,少量使用GPPS。高抗冲级产品一般含有6%~12%顺丁橡胶弹性体,中等抗冲级产品含有2%~5%的弹性体,在家用电器行业可制造各种电器零件、设备罩壳、仪表零件、冰箱内衬、板材等。近年来,一些高性能的HIPS产品可以部分替代价格较高的工程塑料。

当前全球总共为1500万t/a的聚苯乙烯(GPPS/HIPS)市场供应量,过剩400万t/a。已经促使一些地区性的生产商完全退出聚苯乙烯树脂的制造业务。我国GPPS/HIPS产能242万t/a,生产企业有20家左右,约有一半装置属小型装置,总开工率一直不足60%。2010年我国GPPS/HIPS消费量约250万t。电子电器行业是主导消费市场,占消费量的45%左右。这其中主要应用HIPS,占

90%份额,GPPS占10%份额。预计2015年国内GPPS/HIPS需求量约310万t,进口产品约90万t

左右。

2.3电子电气领域相关化工材料

我国电子电气产业发展迅速,大部分产品产销两旺。增幅较大的产品有手机、台式及笔记本电脑、背投彩电、打印机等,显示器、集成电路等产品也保持两位数增长幅度。2010年是我国电子信息产业回升调整的重要一年,受扩大内需政策成效显现和外需市场逐步回暖的共同作用,行业出现恢复性增长,总体呈现前高后稳态势。从长

远看,信息技术和产业发展的基本面和长期向好的趋势不会改变,对信息产品服务的新需求将不断衍生,信息技术产品将加快升级换代[5]。

为顺应电器轻薄化、低成本需求以及资源的可循环利用化等要求,塑料及其改性材料的应用越来越多。未来应用于电子电气领域的塑料同样必须具备实用性、低成本性并达到环保要求和阻燃标准。电子产业涉及的化工新材料见表3。

表3

电子产业涉及的化工新材料

计算机的显示器、键盘、HIPS、ABS等鼠标、音箱等外设件,显示器外壳笔记本电脑的配件ABS、PC,或PC/ABS合金等手机的机壳和电池壳PC/ABS合金,HIPS,特种尼

龙等

收音机和录音机的机框ABS或HIPS等通讯绝缘电缆PVC、HDPE、XLPE等塑料光纤PS、PMMA、多氟代丙烯酸酯等光盘

PC、PMMA等

2.3.1聚碳酸酯及其改性材料

聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料,国内主要用于以下几个方面:光媒介领域、电子电器、阳光板、饮用水包装、纺织行业、汽车等领域。PC在电子电器领域的应用主要是用于生产小家电、电器仪表屏、计算机和办公设备的配件等,2010年国内电子电器领域共消费PC约28万t,是PC的第二大应用市场。

我国在1965年实现了PC的工业化生产,先后上马的企业有20多家,但由于装置规模小、产品质量较差等原因,许多装置先后停产。由于国内市场需求旺盛,2005年以来多套装置相继投产,外资项目迅速增长。2010年底,我国PC总产能

31.6万t/a,主要生产企业是浙江帝人聚碳酸酯有

限公司和拜耳新材料上海公司。

“十二五”期间,

我国将成为群雄逐鹿的PC主战场,新建项目较多,但项目实施难度也较大,预计2015年我国

PC产能将达到60万~80万t/a左右。

2.3.2聚对苯二甲酸丁二醇酯及其改性材料

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种热塑性聚酯工程塑料,为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。为适用于不同加工业者使用,

第8期陈瑞峰等:我国化工新材料产业发展现状及应用热点(下)

·9·

PBT一般多少会加入添加剂或与其它塑料掺混。PBT品种繁多,除非增强的普通品级外,还有阻

燃型、玻纤增强、玻纤增强阻燃级、共混合金品级等类型产品,PBT分别与PET、ABS、聚碳酸酯、尼龙、聚苯醚等树脂掺混成聚合物合金。

电子电气领域是第一大消费市场,占其总消费量的64%左右。

我国在20世纪60年代就开始试制PPO树脂,主要研究单位有北京市化工研究院和上海合成树脂研究所,并建成装置,但终因技术不过关而中止。2004年,芮城福斯特化工有限公司(现为蓝星化工新材料股份有限公司芮城分公司)通过引进捷克500t/aPPO技术,在完全消化吸收的基础上,对其工艺过程和催化体系进行有效的优化和改进,于2006年底建成国内第一套1万t/a

PBT及改性产品主要用于电气零件、汽车零

部件、精密仪器、建筑材料和家用电器等领域。

2010年,国内PBT树脂消费量26万t左右,其中电子电器领域消耗14万t,占PBT消费量的55%左右。

国内PBT树脂的技术开发工作始于20世纪

PPO工业化装置,填补了国内空白。该装置也是

至今国内唯一一套工业化PPO装置。

另外,国内现已形成6万t/a左右的共混改性(即mPPO)生产能力,主要进口PPO原粉进行改性,主要生产企业有旭化成、原GE塑料、日超塑料、深圳沃特化工材料、广州金发等。预计到2015年国内PPO生产能力约4万t/a,mPPO能力将达到约10万t/a。

70年代,并先后建了一些年产量百吨至千吨级的

小型生产装置。采用DMT间歇法生产的小型PBT装置均已停产,目前正常运行的是2007年以后建成的几套PTA连续法装置,主要包括南通星辰

5万t/a、台湾长春化学(常熟)6万t/a,新疆蓝

山屯河6万t/a,江阴和时利2万t/a。预计2015年国内PBT生产能力将超过45万t/a,届时万吨级以下的小型装置将逐步退出市场。

2.3.3改性聚苯醚

聚苯醚树脂(PPO)是一种热塑性工程塑料,

参考文献:

[1]庞买只.生物降解塑料的发展[J].新材料产业,2009,

(8):32—35.

[2]陈国强.发展环境友好型生物基材料[J].新材料产业,

其产量在工程塑料中占居第4位。目前应用的大部分是改性聚苯醚(mPPO或PPE),通过改性,可大大改善PPO成型加工性能。PPO的改性品种繁多,如PPO/PBT、PPO/PPS、PPO/PP/PA、PPO/

2010,(3):54—62.

(1):42—44.

[3]王丽丽.常用过滤材料的分类总结及性能测试[J].过滤

与分离,2008,[4]王

炜.2010年纺织业产值突破4万亿,新兴领域促

PO、PPO/PC、PPO/POM、PPO/SEBS等。

我国PPO/mPPO主要用于电子电气、汽车工业和办公设备领域。2009年我国PPO及mPPO净进口超过4万t,PPO当量消费量约5万t,其中

转型[N].人民日报,2011-01-10(19).

[5]国家工业和信息化部.2010年电子信息产业统计公报

[EB].2011-02-11.

DevelopmentandApplicationofAdvancedChemicalMaterials

———inEnvironmentProtectionandNewCivilianUse

CHENRui-feng,ZHANGLi,WEIXun

(ChinaNationalPetroleumandChemicalPlanningInstitute,Beijing100013,China)

Abstract:Tointroducetheapplicationofadvancedchemicalmaterialsinthefollowingfields:newenergy(solarenergy,windenergy;lithiumbatteries),moderntransportation(automotive,ship,aero-space),environmentprotection(bio-degradableplastics,watertreatment,airtreatment)andnewcivilianuse(textilefibers,householdappliances,ITelectronics).Formorethan20varietiesofadvancedchemicalmaterials,developmentstatusandfuturetrendsareanalyzed.

Keywords:chemicalindustry;advancedchemicalmaterials;tendency;marketresearch;review


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