化工新材料的三大瓶頸如何突破？

新的科技革命和第四次工業(yè)革命變革的腳步聲已越來越清晰，尤其是化石能源的頂峰時(shí)代已經(jīng)來臨，新能源及其新能源技術(shù)成為當(dāng)今 的必然選擇，這對(duì)化工新材料尤其是功能材料提出了現(xiàn)實(shí)的需求;我國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展以及實(shí)現(xiàn)由制造業(yè)大國走向強(qiáng)國的夢(mèng)想，都離不開化工新材料的特殊保障作用。
息息相關(guān)的化工新材料
化工新材料與里約奧運(yùn)會(huì)碳纖維自行車助力中國姑娘實(shí)現(xiàn)自行車女子團(tuán)體 零突破，其重量為3.5千克，普通人一只手就能抓起來，而強(qiáng)度卻是鋼的50倍。聚氨酯“鯊魚皮”(由閉孔的聚氨酯泡沫制成，每個(gè)小孔之間都充了氣)助力孫楊?yuàn)Z ，孫楊、寧澤濤以及洪荒少女傅園慧穿的泳衣，其密度比水小，可以增加運(yùn)動(dòng)員的浮力，從而減少水中的阻力。此外，體育場館五顏六色的聚脲涂層(固化快35秒、顏色鮮艷、、耐候、成本低)，以及乒乓聚酯纖維新材料都顯示出化工新材料與此次奧運(yùn)會(huì)密不可分。
化工新材料與G20杭州G20峰會(huì)有100輛貴賓用車，是鄭州宇通生產(chǎn)的T7商務(wù)用車，車內(nèi)的座椅、儀表盤和扶手等內(nèi)飾件，都是聚氨酯新材料，為冷固化高回彈組合料，具有無味、手感好、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。
化工新材料與航天夢(mèng)17日神十一的發(fā)射、中秋節(jié)那晚“天宮二號(hào)”的發(fā)射場面都記憶猶新。為了解決航天器的防鹽霧、防濕熱、防霉菌問題，航天器的防熱涂層主要包括有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等，環(huán)境防護(hù)涂層主要采用聚四氟乙烯。航天員的航天服面料是 混合纖維制成，具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗沖擊、防輻射等特性，夾層還具有自動(dòng)堵漏功能;手套的手指部位是硅橡膠材料，能夠操作精密儀器;靴子的內(nèi)層是特氟龍涂層的玻璃纖維，緊接著是25層聚酰亞胺薄膜和玻璃纖維布間隔重疊的材料，保證輕盈和隔熱。
由此可見，化工新材料性能優(yōu)異、功能性強(qiáng)、技術(shù)含量高，是化學(xué)工業(yè)技術(shù)水平的重要代表，為航空航天、國防軍工、電子信息、高鐵大飛機(jī)等 領(lǐng)域配套，屬于重要戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，其又為裝備制造、新能源、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供重要支撐。因此，發(fā)達(dá) 以及跨國公司都把化工新材料的創(chuàng)新與發(fā)展作為核心競爭力的重中之重，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和技術(shù)封鎖始終是跨國公司占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)緊緊握在手里秘而不宣的一把鑰匙。我國石化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已連續(xù)六年列 第二、化工已連續(xù)六年列 大國，但行業(yè)結(jié)構(gòu)性過剩的矛盾十分突出，結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)的任務(wù)還很艱巨，大宗基礎(chǔ)化學(xué)品產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，化工新材料、化學(xué)品等產(chǎn)品市場短缺。傳統(tǒng)化工領(lǐng)域基礎(chǔ)化學(xué)品的產(chǎn)能過剩已成為重災(zāi)區(qū)，而化工新材料領(lǐng)域化學(xué)品的缺乏也嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域的發(fā)展。
產(chǎn)品難以產(chǎn)業(yè)化拖累行業(yè)發(fā)展
化工新材料總產(chǎn)量超過6000萬噸，總產(chǎn)值超過2萬億元。從產(chǎn)量和產(chǎn)值來看，美國分別占38%、30%，西歐分別占20.6%、19.7%，日本分別占12%、16.8%，即三個(gè) 的產(chǎn)量占 總產(chǎn)量的70%、產(chǎn)值大于2/3。全球化工50強(qiáng)榜單中,美國、德國、日本三大強(qiáng)國占27席，杜邦、陶氏、巴斯夫、朗盛、科思創(chuàng)、住友化學(xué)、東麗、旭化成等跨國公司都以化工新材料和化學(xué)品為發(fā)展重點(diǎn)。其中，日本化學(xué)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)之路十分值得借鑒。眾所周知，日本在電子化學(xué)品領(lǐng)域處于 水平，高性能膜材料、高性能纖維、工程塑料與特種工程塑料、聚烯烴樹脂、高性能橡膠、氟硅樹脂和橡膠等領(lǐng)域具有較高水平。
今年，筆者在4月初的日本經(jīng)產(chǎn)省產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)論壇、8月初的日本同友會(huì)座談以及9月中旬的中日石化高峰論壇上分別與日本化工界進(jìn)行了三次深入交流。交流期間，三菱、住友、三井等日本各大化工公司都表示，日本化工企業(yè)未來的發(fā)展重點(diǎn)是化工新材料和化學(xué)品。
我國對(duì)化工新材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化一直十分重視。自“六五”、“七五”以來，我國一直圍繞 重點(diǎn)領(lǐng)域和重大工程，組織工程塑料、特種工程塑料、特種纖維、膜材料等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)、中試研究及工業(yè)化開發(fā)，“十一五”以來氟硅材料、聚氨酯材料、工程塑料、高性能橡膠等行業(yè)裝置能力快速增長，儲(chǔ)能材料、光伏材料、有機(jī)硅等產(chǎn)能居 。然而，由于核心技術(shù)難以攻克、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)掌握不了，導(dǎo)致一些通用型品種的裝置和產(chǎn)量可觀，但大部分產(chǎn)品始終難以產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)定供應(yīng)。目前，國內(nèi)化工新材料市場的綜合自給率僅約60%，該領(lǐng)域成為我國石化行業(yè) *大的短板，也是我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、重點(diǎn)工程、甚至成為涉及 安全的重大制約因素。在產(chǎn)品方面,我國和日本的差距很明顯.據(jù)統(tǒng)計(jì),我國化工新材料的產(chǎn)量比日本多105萬噸，而產(chǎn)值卻少460多億元。
三大瓶頸制約行業(yè)踏入國際
我國石化行業(yè)的煉油及大宗無機(jī)和有機(jī)化學(xué)品的規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都可以說與國際水平相當(dāng)，但代表石化行業(yè)技術(shù)水平的化工新材料行業(yè)卻始終與國際水平存在明顯的差距，與國際跨國公司相比差距就更大。主要表現(xiàn)為三大瓶頸：
1. 產(chǎn)品穩(wěn)定供應(yīng)難實(shí)現(xiàn)?；ば虏牧闲袠I(yè)的產(chǎn)品自給率低，2015年工程塑料消費(fèi)量421萬噸，而自給率只有49%;同期聚碳消費(fèi)量166萬噸，其中有73%依靠進(jìn)口;聚烯烴去年消費(fèi)量922萬噸，進(jìn)口587萬噸，自給率只有38%;高性能纖維中的碳纖維，國內(nèi)裝置的開工率只有20%，自給率28.6%;更具有代表性的是高性能膜材料，市場容量約450億元，綜合自給率43%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在7大類、12個(gè)產(chǎn)品中自給率不足20%的就有6個(gè)，電解用全氟離子交換膜年用量19萬平米，幾乎全部靠進(jìn)口;全氟燃料電池膜，自給率5%;PVF/PVDF背板保護(hù)膜年用量4.1億平米，自給率10%;工業(yè)氣體分離膜，自給率13%;反滲透膜年用量約3400萬平米，自給率15%;血液透析膜年用量1100萬平米，自給率18%;
2. 核心技術(shù)久攻不下。盡管我國對(duì)化工新材料行業(yè)一直十分重視，但一些核心技術(shù)始終難以攻克，尤其是工業(yè)化技術(shù)久攻不下，以致嚴(yán)重制約著行業(yè)發(fā)展。工程塑料聚碳酸酯從“六五”開始，以晨光院和常州有機(jī)化工廠為主、聚甲醛從“八五”開始，以上海溶劑廠和吉林石井溝聯(lián)合化工廠為主，就組織科技攻關(guān)，現(xiàn)在國內(nèi)已有了工業(yè)生產(chǎn)裝置，但都是以通用型品種為主，品種還是難以連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)。碳纖維也是從上世紀(jì)六十年代起步的，后來又組織高校和企業(yè)開展 級(jí)科技攻關(guān)，始終也沒有形成連續(xù)穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)裝置，目前國內(nèi)很多廠家都建了碳纖維生產(chǎn)線，T300產(chǎn)品可以提供，T700、T800等產(chǎn)品還是難突破技術(shù)瓶頸，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、實(shí)際產(chǎn)量低、產(chǎn)品均勻性和穩(wěn)定性差、成本高等問題始終沒有很好的解決。離子交換膜的研發(fā)起步于上世紀(jì)五十年代后期，一直未形成工業(yè)化生產(chǎn)裝置。我國現(xiàn)在是氯堿生產(chǎn) 大國，全行業(yè)年均全氟離子交換膜需求量30～40萬平米，幾乎全部靠進(jìn)口。盡管目前已有東岳集團(tuán)開發(fā)成功，但包括工程塑料尼龍、聚苯硫醚，以及異戊橡膠、光刻膠等產(chǎn)品的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用尚需時(shí)日。
3. 關(guān)鍵原料久攻不下。如尼龍工程塑料用關(guān)鍵原料--己二腈，主要生產(chǎn)工藝分丁二烯法和丙烯腈電解法，國際上以丁二烯法為主，因反應(yīng)流程短、能耗低約占70%，一直被英威達(dá)、巴斯夫等少數(shù)公司壟斷，我國一直不能掌握其核心技術(shù)，產(chǎn)品主要靠進(jìn)口，嚴(yán)重制約著尼龍66的發(fā)展。由于己烯、辛烯等高碳烯烴依賴進(jìn)口，致使己烯共聚聚乙烯的自給率44%、辛烯共聚聚乙烯的自給率只有8.3%。2015年，我國聚烯烴市場消費(fèi)量922萬噸，就有進(jìn)口量587萬噸。此外，高性能纖維的PTT(聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯)也長期受原料丙二醇供應(yīng)不足的影響。
這些瓶頸和制約如何突破?關(guān)鍵就是創(chuàng)新?？倳浽贕20峰會(huì)上講“創(chuàng)新是從根本上打開增長之鎖的鑰匙”，創(chuàng)新是五大發(fā)展理念之首位，只有創(chuàng)新才能攻克其關(guān)鍵核心技術(shù)，只有創(chuàng)新才能提升化工新材料產(chǎn)品的自給率，只有創(chuàng)新才能改善化工新材料產(chǎn)品的化和差異化。
創(chuàng)新的重點(diǎn)在哪里?一是以化工新材料基礎(chǔ)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工程塑料、特種工程塑料、高性能纖維等重要產(chǎn)品的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn);二是以產(chǎn)品的化和系列化為重點(diǎn)，加大氟硅材料、電子化學(xué)品、高性能膜材料等下游產(chǎn)品鏈和終端產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度;三是高度關(guān)注化工新材料領(lǐng)域新的技術(shù)和產(chǎn)品，如無機(jī)陶瓷膜，因具有分離功能，又具有耐高溫、耐化學(xué)侵蝕、機(jī)械強(qiáng)度好、抗微生物能力強(qiáng)、滲透量大、可清洗性強(qiáng)、使用壽命長等特點(diǎn)，日益受到人們的重視，并正在成為高性能膜材料的重要組成部分，南京工業(yè)大學(xué)已開展了多年研發(fā)，已基本掌握了無機(jī)陶瓷膜的制備技術(shù)，正在石化行業(yè)加快應(yīng)用開發(fā)，預(yù)期今后數(shù)年將形成百億以上的市場規(guī)模。四是高度重視功能材料的開發(fā)，化工新材料領(lǐng)域的功能材料是 各國研發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，隨著我國信息技術(shù)、生物技術(shù)、新能源技術(shù)，以及航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是隨著我國大飛機(jī)、高鐵等軌道交通等重點(diǎn)工程，以及電子電器、通訊器材、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲(chǔ)氫等新能源材料等方面，孕育著巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌隹臻g。