高性能高分子材料具有高強(qiáng)高模、高絕緣、耐腐蝕、耐輻照或綠色低碳等特點(diǎn),是保障國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性材料之一,廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電器、生物醫(yī)療等重要領(lǐng)域。目前,我國(guó)在高性能高分子材料方面已建立起比較完備的化工原料-合成-加工改性-制品應(yīng)用上下游產(chǎn)業(yè)體系,但同時(shí)也存在關(guān)鍵原料保障不足、產(chǎn)品應(yīng)用開(kāi)發(fā)有待拓展等問(wèn)題。
國(guó)外高性能高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀
總體來(lái)看,目前歐美國(guó)家在高性能高分子材料領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位,掌握更多原創(chuàng)技術(shù)并占據(jù)壟斷地位。另外,歐美公司普遍重視全球化市場(chǎng)和專利布局,善于利用自身資源優(yōu)勢(shì)布局發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè),構(gòu)建起完善的產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈。當(dāng)前,綠色環(huán)保和循環(huán)回收技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注,世界各國(guó)近年來(lái)也相繼發(fā)布了多項(xiàng)政策以支持高分子材料可持續(xù)發(fā)展。這也是高性能高分子材料未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。
(一)高性能樹(shù)脂及工程塑料
一直以來(lái),西方發(fā)達(dá)國(guó)家不斷擴(kuò)展聚芳醚、聚酰亞胺等高端高性能樹(shù)脂及工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域,如聚醚醚酮(PEEK)具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等性能,在航空航天、生物醫(yī)療、機(jī)器人等領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。美國(guó)波音公司的B757民航客機(jī)采用玻璃纖維與PEEK復(fù)合,以注射成型的方法制備發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩,該材料具備抗惡劣條件(高濕度、超聲振動(dòng)、高流速)等特點(diǎn),質(zhì)量比金屬制品減輕約30%,價(jià)格降低約90%。在植入性醫(yī)療器械領(lǐng)域,已陸續(xù)開(kāi)發(fā)出脊柱融合器械、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)置換部件、接骨板和髓內(nèi)釘、顱頜面、種植體等產(chǎn)品,成為應(yīng)用最廣泛的生物醫(yī)用非金屬材料。在機(jī)器人等新興領(lǐng)域,由于PEEK材料滿足高強(qiáng)度、輕量化的要求,也顯示出較好的應(yīng)用潛力。2023年,特斯拉汽車公司展示了Optimus Gen 2人形機(jī)器人,因采用了PEEK復(fù)合材料,在不影響性能的情況下減重10千克,行走速度比之前加快30%。
近年來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相開(kāi)發(fā)耐熱等級(jí)更高、加工性能優(yōu)異的新型聚芳醚砜、聚芳醚酮等高性能樹(shù)脂。美國(guó)杜邦公司和德國(guó)巴斯夫公司針對(duì)PEEK進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn),開(kāi)發(fā)出耐熱等級(jí)更高的聚醚酮(PEK)和聚醚酮酮(PEKK)產(chǎn)品,但上述高性能樹(shù)脂均未解決難溶解、難加工、成本高的問(wèn)題。目前,國(guó)際上應(yīng)用最廣的高性能樹(shù)脂仍然是聚醚醚酮、聚醚砜等,使用溫度均在240攝氏度以下,并且當(dāng)使用溫度超過(guò)其玻璃化溫度后,機(jī)械性能將會(huì)大幅下降。
(二)有機(jī)纖維
目前,高性能有機(jī)纖維領(lǐng)域依然以美國(guó)、日本、德國(guó)和荷蘭為主導(dǎo)。在高性能超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維方面,荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)是世界上率先形成UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化的公司,也一直是UHMWPE纖維行業(yè)的引領(lǐng)者,2022年相關(guān)業(yè)務(wù)被美國(guó)埃萬(wàn)特收購(gòu)。其他生產(chǎn)商還包括美國(guó)霍尼韋爾國(guó)際公司及日本的東洋紡織株式會(huì)社、三井化學(xué)株式會(huì)社等。在PBO(聚對(duì)苯撐苯并二噁唑)纖維方面,1991年日本東洋紡織株式會(huì)社購(gòu)買了道康寧公司關(guān)于PBO纖維研究的全部專利,并開(kāi)始進(jìn)行獨(dú)立研發(fā),直到目前,日本東洋紡織株式會(huì)社仍然是世界唯一可以規(guī)模生產(chǎn)PBO纖維的公司。
有機(jī)纖維中最具代表性的是芳綸纖維,其工業(yè)化品種主要為對(duì)位芳綸和間位芳綸,具有高強(qiáng)高模、耐高溫、阻燃等特性,在航空航天、防護(hù)裝備、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、體育器材等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前,芳綸的主要生產(chǎn)廠家主要集中在美國(guó)、亞洲和歐洲等地區(qū),其中美國(guó)杜邦公司和日本帝人公司擁有規(guī)格完整的產(chǎn)品系列,占據(jù)了全球主要市場(chǎng)。俄羅斯在技術(shù)上另辟蹊徑,開(kāi)發(fā)出綜合性能更優(yōu)異的雜環(huán)芳綸系列產(chǎn)品,區(qū)別于美國(guó)杜邦公司的間位芳綸和對(duì)位芳綸。
在合成技術(shù)方面,以對(duì)位芳綸為例,主要有界面縮聚法和低溫溶液縮聚法兩種。相比之下,低溫溶液縮聚法是目前國(guó)內(nèi)外工藝最成熟的合成芳綸纖維方法,其產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定,適合大規(guī)模合成,但工藝相對(duì)復(fù)雜,溶劑浪費(fèi)較多,且溶劑殘留對(duì)后續(xù)紡絲造成不利影響。因此,需對(duì)其合成工藝進(jìn)一步優(yōu)化,提高分子量、縮小分子量分布寬度;對(duì)紡絲工藝進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步提升成品率,降低成本,提高競(jìng)爭(zhēng)力。
(三)生物基樹(shù)脂及可降解材料
2021年,亞太地區(qū)(中國(guó)、日本、韓國(guó)等)在生物基樹(shù)脂及可降解材料領(lǐng)域的市場(chǎng)份額為49.9%,占據(jù)主導(dǎo)地位;北美(美國(guó)、加拿大、墨西哥)占據(jù)第二位。目前,PLA(聚乳酸)是全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)化最成熟、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的生物基可降解塑料。在PLA的合成方面,技術(shù)路線主要有兩種:一種是由生物發(fā)酵制備乳酸單體,再通過(guò)乳酸酯化縮聚合成;另一種是通過(guò)齊聚-環(huán)化解聚制備丙交酯,再通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合合成。當(dāng)前,絕大部分PLA生產(chǎn)均采用丙交酯開(kāi)環(huán)聚合方法。
美國(guó)是全球最早研究PLA的國(guó)家之一,目前歐美國(guó)家的NatureWorks、TCP、Synbra、Hycail等公司已經(jīng)搶占全球主要的市場(chǎng)份額,美國(guó)NatureWorks公司和荷蘭TCP公司合計(jì)擁有全球73%的PLA產(chǎn)能。在PLA的應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面,1966 年,庫(kù)爾卡尼等人通過(guò)兩步法制備了高分子量的PLA,并研究了PLA在體內(nèi)的降解,發(fā)現(xiàn)聚左旋乳酸作為手術(shù)縫合線,具有良好的生物相容性和生物可降解性。目前,美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局已批準(zhǔn)PLA廣泛應(yīng)用于骨科植入物、藥物傳輸?shù)取C绹?guó)的PLA改性與加工技術(shù)較為成熟,可通過(guò)定制生產(chǎn)不同的PLA產(chǎn)品,以滿足不同性能實(shí)際應(yīng)用需求。
(四)特種橡膠及彈性體
2023年,亞太地區(qū)(中國(guó)、日本、韓國(guó)等)在特種橡膠及彈性體領(lǐng)域的市場(chǎng)份額約占全球的46%,占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來(lái),橡膠領(lǐng)域的專利主要集中在氟橡膠、硅橡膠等的技術(shù)領(lǐng)域,反映出特種橡膠受到全球行業(yè)專家的高度關(guān)注。
氟橡膠具有優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)、耐高溫、耐老化等特性,俗稱“橡膠王”。傳統(tǒng)的三元乙丙橡膠、丁基橡膠的極限使用溫度只有150攝氏度,而氟橡膠可以在250攝氏度下長(zhǎng)時(shí)間使用,極限使用溫度可達(dá)300攝氏度。氟橡膠除了耐高溫,還具有優(yōu)異的耐油、耐化學(xué)介質(zhì)、耐酸堿性能,主要用于火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、船舶、汽車等運(yùn)載工具的耐油密封和耐油管路等特種領(lǐng)域。國(guó)外主要生產(chǎn)廠家主要包括美國(guó)杜邦公司、明尼蘇達(dá)礦業(yè)及機(jī)器制造公司(3M)、意大利蘇威集團(tuán)、日本大金工業(yè)株式會(huì)社、旭硝子玻璃股份有限公司等。目前,國(guó)際上已形成一系列多品種的特種橡膠,美國(guó)以聚烯烴類氟橡膠、亞硝基類氟橡膠及用過(guò)氧化物硫化的高氟含量氟橡膠、耐低溫偏氟醚橡膠為主要產(chǎn)品。
在氟橡膠的合成技術(shù)方面,各公司分別采取了不同的交聯(lián)技術(shù)體系。日本信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟聚醚橡膠采用的是一種鉑催化硅氫加成的硫化反應(yīng),杜邦公司的產(chǎn)品使用的是碘硫化體系。采用的硫化體系不同,得到的氟橡膠產(chǎn)品具有不同的特性,豐富了氟橡膠在不同苛刻環(huán)境中的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。近年來(lái),各國(guó)在提升氟橡膠性能方面開(kāi)展了大量研究工作,其中比較常用的方法就是在混煉膠中加入填料以提升硫化膠的各項(xiàng)性能。
我國(guó)高性能高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀
目前,我國(guó)在高性能高分子材料方面已建立起比較完備的化工原料-合成-加工改性-制品應(yīng)用上下游產(chǎn)業(yè)體系,自主開(kāi)發(fā)的聚芳醚、聚酰亞胺、芳綸、氟橡膠等成功應(yīng)用于航空航天、軌道交通、電子電器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域,生物基高分子等部分領(lǐng)域與國(guó)際處于同一發(fā)展水平。
(一)高性能樹(shù)脂及工程塑料
我國(guó)高性能樹(shù)脂的研發(fā)始于20世紀(jì)70年代,80年代進(jìn)行了深入研究和開(kāi)發(fā),90年代發(fā)展較快,取得了突破性進(jìn)展。目前,我國(guó)實(shí)現(xiàn)了部分高性能樹(shù)脂材料由跟跑到并跑并逐步走向領(lǐng)跑的目標(biāo),但在高端產(chǎn)品穩(wěn)定性、系列化和成本等方面依然落后于國(guó)際先進(jìn)水平,尤其在航空航天、新型顯示、集成電路、5G通信、人工智能、新能源等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)布局欠缺,相關(guān)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化動(dòng)力不足。目前,我國(guó)的電子級(jí)聚酰亞胺薄膜、集成電路封裝基板板材均全部依賴進(jìn)口。
以聚芳醚為例,相關(guān)產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模,部分工業(yè)級(jí)品種已占據(jù)國(guó)內(nèi)近50%的市場(chǎng)份額。1988年,吉林大學(xué)在國(guó)內(nèi)率先完成了PEEK(聚醚醚酮)的實(shí)驗(yàn)室小試和擴(kuò)試,2002 年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),其后,吉林省中研高分子材料股份有限公司、長(zhǎng)春吉大特塑工程研究有限公司、浙江鵬孚隆科技股份有限公司和金發(fā)科技股份有限公司等也相繼實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。近年來(lái),中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所首創(chuàng)性地合成了含酚酞結(jié)構(gòu)的可溶性聚芳醚砜(PEESc)和聚芳醚酮(PEEKc),解決了溶解難的問(wèn)題,但耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性有所降低,目前只有小規(guī)模的生產(chǎn)。
山東凱盛新材料股份有限公司通過(guò)自主研發(fā),已實(shí)現(xiàn)PEKK產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的含二氮雜萘酮聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的系列高性能樹(shù)脂具有耐高溫、可溶解等優(yōu)勢(shì),解決了傳統(tǒng)高性能樹(shù)脂不能兼具耐高溫、可溶解的技術(shù)難題,綜合性能優(yōu)異,是目前耐熱等級(jí)最高的可溶性聚芳醚新品種,目前正由大連醚太新材料有限公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化??傮w上,我國(guó)聚芳醚領(lǐng)域仍存在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢、市場(chǎng)開(kāi)拓能力差、產(chǎn)品品種牌號(hào)少等問(wèn)題。
(二)有機(jī)纖維
從總體情況看,目前我國(guó)芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維產(chǎn)業(yè)已具備一定規(guī)模,建立了多個(gè)國(guó)家及地方研發(fā)與技術(shù)平臺(tái)。但由于質(zhì)量穩(wěn)定性差、成本高,高性能品種產(chǎn)能均遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足國(guó)家整體需求,亟須自立自強(qiáng)。PBO(聚對(duì)苯撐苯并二噁唑)纖維抗老化、低成本技術(shù)亟須突破和攻關(guān);PIPD纖維,即聚(2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶并二咪唑)纖維,又稱M5纖維,則亟須加強(qiáng)前瞻部署。
在芳綸纖維方面,目前我國(guó)已孵化出多家纖維制造企業(yè),代表企業(yè)為泰和新材料集團(tuán)股份有限公司,該公司在2004年實(shí)現(xiàn)了間位芳綸的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。其他生產(chǎn)商還包括中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院有限公司、中化國(guó)際(控股)股份有限公司、中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司和中芳特纖股份有限公司等??傮w上,國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能相對(duì)較小,其中以泰和新材料集團(tuán)股份有限公司和中化國(guó)際(控股)股份有限公司為主,是國(guó)內(nèi)目前僅有的兩家產(chǎn)能超過(guò)5000噸/年的企業(yè)。
近年來(lái),關(guān)于微反應(yīng)器在聚合物制備中的應(yīng)用研究成為熱點(diǎn),在調(diào)控產(chǎn)物分子量、分子量分布和組成及優(yōu)化反應(yīng)條件等方面展現(xiàn)出巨大潛力。目前,微通道反應(yīng)器也逐漸開(kāi)始在芳綸生產(chǎn)中得到應(yīng)用和推廣。未來(lái),芳綸纖維的生產(chǎn)將更加趨于環(huán)保、節(jié)能、安全、高效。
(三)生物基樹(shù)脂及可降解材料
我國(guó)生物基樹(shù)脂及可降解材料的品類與產(chǎn)業(yè)體系健全,總體生產(chǎn)能力基本能滿足國(guó)內(nèi)需求。PLA(聚乳酸)、PBAT(己二酸丁二醇酯和對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的共聚物)、PCL(聚己內(nèi)酯)等樹(shù)脂產(chǎn)能高、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),但如丙交酯等關(guān)鍵單體的制備技術(shù)與設(shè)備仍依賴進(jìn)口,亟須突破;生物醫(yī)用可降解材料技術(shù)業(yè)已成熟,但產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全自立;工業(yè)堆肥降解與循環(huán)回收等末端處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為滯后;國(guó)內(nèi)PGA(聚乙醇酸)、PPC(聚丙烯碳酸酯)、PPDO(聚對(duì)二氧環(huán)己酮)、PEF(聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯)等新型品種的產(chǎn)業(yè)化已處于領(lǐng)先地位,非糧生物基技術(shù)已展現(xiàn)良好發(fā)展勢(shì)頭,均可進(jìn)行前瞻部署、自強(qiáng)發(fā)展。
在聚乳酸及其制品方面,目前我國(guó)已占據(jù)國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)份額且產(chǎn)能增長(zhǎng)較快。國(guó)內(nèi)的PLA生產(chǎn)企業(yè)以金發(fā)科技股份有限公司、上海同杰良生物材料有限公司、浙江海正生物材料股份有限公司、浙江友誠(chéng)新材料有限公司、安徽豐原集團(tuán)有限公司等為代表。
在技術(shù)研發(fā)方面,目前國(guó)內(nèi)許多企業(yè)正在大力研發(fā)丙交酯生產(chǎn)技術(shù),試圖攻破聚乳酸產(chǎn)業(yè)技術(shù)壁壘,打通“乳酸-丙交酯-聚乳酸”全產(chǎn)業(yè)鏈,增強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)。面向未來(lái),PLA的化學(xué)回收正處于技術(shù)探索階段,目前國(guó)內(nèi)深圳光華偉業(yè)股份有限公司、安徽豐原生物技術(shù)股份有限公司、四川大學(xué)、青島科技大學(xué)等企業(yè)和高校均在攻克相關(guān)技術(shù)。
(四)特種橡膠及彈性體
目前我國(guó)通用特種橡膠已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,產(chǎn)業(yè)規(guī)模國(guó)際領(lǐng)先,性能與國(guó)際相當(dāng)。但也存在產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重等問(wèn)題,中高端牌號(hào)供給不足,很多特種高性能產(chǎn)品長(zhǎng)期依賴進(jìn)口;在產(chǎn)品質(zhì)量、工藝創(chuàng)新和環(huán)境友好等方面仍與國(guó)外存在差距,需重點(diǎn)發(fā)展,補(bǔ)齊短板。
近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)汽車、機(jī)械類產(chǎn)品的高速發(fā)展所產(chǎn)生的需求,國(guó)內(nèi)氟橡膠的市場(chǎng)容量比之前增長(zhǎng)了10倍以上。目前,國(guó)內(nèi)普通氟橡膠生產(chǎn)企業(yè)包括中昊晨光化工研究院有限公司、巨化集團(tuán)有限公司、東岳氟硅科技集團(tuán)有限公司等。隨著技術(shù)升級(jí)和新興行業(yè)發(fā)展,國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距縮小,國(guó)內(nèi)紛紛擴(kuò)大產(chǎn)能。目前,我國(guó)已實(shí)現(xiàn)通用氟橡膠的穩(wěn)定供應(yīng),產(chǎn)業(yè)規(guī)模國(guó)際領(lǐng)先,性能與國(guó)際相當(dāng);已完成羧基亞硝基氟橡膠國(guó)產(chǎn)化研制和應(yīng)用,開(kāi)發(fā)系列牌號(hào),材料性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,我國(guó)基本形成了從單體、生膠聚合、膠料配方到工藝、密封應(yīng)用的全鏈條氟橡膠研制體系,大幅縮小了與國(guó)外的差距,目前仍存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向主要是:耐低溫型氟醚橡膠單體低成本制造技術(shù)、氟醚生膠固液分離和洗滌技術(shù)、生膠分子化學(xué)結(jié)構(gòu)表征技術(shù)。
我國(guó)高性能高分子材料發(fā)展面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)
(一)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)尚需調(diào)整,高端品種供給不足
總體上,我國(guó)高分子材料產(chǎn)業(yè)存在通用低端材料供應(yīng)過(guò)剩、高端材料供給不足的問(wèn)題,尤其是電子電器、生物醫(yī)療及航空航天領(lǐng)域用高端品種仍大量從國(guó)外進(jìn)口,在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、高純單體合成、循環(huán)回收技術(shù)等方面與國(guó)外相比仍存在一定差距。如在聚芳醚樹(shù)脂方面,我國(guó)已有多家企業(yè)生產(chǎn)PEEK、PEKK、PES(聚醚砜樹(shù)脂)等,工業(yè)級(jí)產(chǎn)品能滿足我國(guó)市場(chǎng)需求,但醫(yī)用產(chǎn)品,如血液透析膜專用PES和骨植入PEEK等材料依然依賴進(jìn)口??傮w上,仿制國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,自主創(chuàng)新產(chǎn)品規(guī)模不足,深加工制品牌號(hào)少。
(二)技術(shù)支撐仍需加強(qiáng),產(chǎn)品應(yīng)用開(kāi)發(fā)有待拓展
我國(guó)高分子材料部分領(lǐng)域技術(shù)支撐能力不足,缺少系列化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā),重大裝備研制投入不足。在芳綸纖維方面,我國(guó)對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化水平與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大差距,在產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用等方面尚待提升。
在聚乳酸方面,目前還存在丙交酯合成及純化技術(shù)與設(shè)備尚不能完全自立、PLA循環(huán)回收產(chǎn)業(yè)布局缺失等問(wèn)題。在氟橡膠方面,目前全氟醚橡膠還完全依賴進(jìn)口,缺少超耐低溫氟橡膠;總體上存在成本高、產(chǎn)能低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、缺乏先進(jìn)的后處理設(shè)備等問(wèn)題。
(三)原始創(chuàng)新投入不足,前瞻布局尚需加強(qiáng)
我國(guó)高分子材料的開(kāi)發(fā)大多是通過(guò)對(duì)引進(jìn)技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新,原創(chuàng)品種較少,整體上缺乏“從0到1”的重大基礎(chǔ)理論突破和原創(chuàng)研究,頂層設(shè)計(jì)有待加強(qiáng)。研發(fā)工作往往以產(chǎn)品為依托,必要的科學(xué)機(jī)理尚未完全揭示清楚,相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)研究落后于材料研制與應(yīng)用,理論支撐不足。部分細(xì)分領(lǐng)域,比如生物基樹(shù)脂及可降解材料,雖然目前研發(fā)和生產(chǎn)總體上與國(guó)外處于同一起跑線,但在一些引領(lǐng)性新興品種和非糧生物基技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化方面仍需前瞻布局、自強(qiáng)發(fā)展,以搶占未來(lái)發(fā)展新優(yōu)勢(shì)。
(四)產(chǎn)研合作效率較低,標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)有待加強(qiáng)
以聚芳醚酮為例,我國(guó)的專利申請(qǐng)以高等院校為主,但高校創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化較低,創(chuàng)新成果難以為企業(yè)服務(wù)。歐美國(guó)家則以生產(chǎn)企業(yè)及應(yīng)用單位申請(qǐng)為主,依托企業(yè)內(nèi)部不斷的技術(shù)創(chuàng)新,逐步形成技術(shù)壁壘,在航空航天、醫(yī)療等高技術(shù)領(lǐng)域形成市場(chǎng)壟斷。同時(shí),我國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面仍有不足。比如在生物基高分子領(lǐng)域,美國(guó)、歐洲等擁有較完備的材料標(biāo)準(zhǔn)體系。目前我國(guó)已經(jīng)具備生物基、生物基復(fù)合材料基本術(shù)語(yǔ)定義,并制定了生物基測(cè)試等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但相比美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn),生物降解測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尚缺少海水、海沙等自然條件下相關(guān)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。
(五)循環(huán)回收布局不夠,綠色發(fā)展需重視
目前,綠色可持續(xù)發(fā)展已成為高分子材料領(lǐng)域的發(fā)展主題之一。在“雙碳”戰(zhàn)略背景下,隨著世界各國(guó)限塑及禁塑政策的推進(jìn),可降解、可回收高分子材料迎來(lái)了更多的市場(chǎng)機(jī)遇。2022年,美國(guó)啟動(dòng)了《國(guó)家生物技術(shù)和生物制造計(jì)劃》,擬投入20億美元發(fā)展美國(guó)的生物制造。2018年,歐盟委員會(huì)發(fā)布了《歐洲循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的塑料戰(zhàn)略》,以推動(dòng)塑料回收技術(shù)。我國(guó)目前工業(yè)堆肥降解與循環(huán)回收等末端處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為滯后,相關(guān)技術(shù)有待推廣。
我國(guó)高性能高分子材料自立自強(qiáng)發(fā)展思路
針對(duì)我國(guó)目前產(chǎn)業(yè)體系、技術(shù)體系的問(wèn)題和不足,需要重點(diǎn)推進(jìn)部分核心單體的合成技術(shù)、相關(guān)純化工藝與關(guān)鍵裝備自主、關(guān)鍵品種低成本化與規(guī)?;圃?,促進(jìn)相關(guān)材料在電子信息及航空航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用。面向未來(lái),需要完善系列品種,建立自立自強(qiáng)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系。
爭(zhēng)取到2030年,建立相對(duì)完整的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系,實(shí)現(xiàn)高端牌號(hào)自給自足、自立發(fā)展;到2035年,實(shí)現(xiàn)大部分材料牌號(hào)自立自強(qiáng),初步建成高性能高分子材料強(qiáng)國(guó);到2050年,建成自主牌號(hào)系列,實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈自主,達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
(一)以技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新
針對(duì)高性能高分子材料領(lǐng)域目前存在的薄弱環(huán)節(jié)和產(chǎn)業(yè)鏈卡點(diǎn)堵點(diǎn)加強(qiáng)攻關(guān),在核心單體規(guī)?;统杀局苽浼夹g(shù)、循環(huán)回收技術(shù)、高端應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及關(guān)鍵裝備自主等方面取得突破,保障源頭技術(shù)供給,促進(jìn)關(guān)鍵品種自立。面向未來(lái)科技前沿,加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合,在智能高分子、極端環(huán)境高分子、可反復(fù)化學(xué)循環(huán)生物降解高分子、人工智能輔助單體分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方向布局一批前瞻技術(shù)研究,搶占新一輪科技制高點(diǎn)。推動(dòng)一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)品種在國(guó)際上形成新優(yōu)勢(shì),為我國(guó)高性能高分子材料領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展提供原動(dòng)力。
(二)推進(jìn)關(guān)鍵原料保障和高端牌號(hào)供給
核心單體是制備高性能高分子材料的關(guān)鍵原料,建議通過(guò)設(shè)立若干攻關(guān)專項(xiàng),突破核心單體的合成技術(shù),同時(shí)降低副產(chǎn)物和廢棄物生成量,實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用,打破國(guó)外壟斷。鼓勵(lì)各地化工園區(qū)設(shè)立化工中試基地,推動(dòng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程化、產(chǎn)業(yè)化。大力支持化工中試等相關(guān)平臺(tái)建設(shè),推動(dòng)核心單體關(guān)鍵原料和部分國(guó)家急需的小批量高端牌號(hào)高分子原材料自立自強(qiáng),消除長(zhǎng)期以來(lái)的卡點(diǎn)、堵點(diǎn)。
(三)組建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體
優(yōu)化研發(fā)資源配置,實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人才、技術(shù)等資源的共享與整合。建立資源共享機(jī)制,降低企業(yè)研發(fā)成本,提高研發(fā)效率和創(chuàng)新能力。強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同的體系化發(fā)展,扭轉(zhuǎn)“只重產(chǎn)品研發(fā)保障,不重技術(shù)/產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)”的傳統(tǒng)發(fā)展模式,在研制開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí),積極布局研制開(kāi)發(fā)與之相匹配的核心配套材料、關(guān)鍵工藝裝備、新應(yīng)用等成套技術(shù),建立從原材料、新產(chǎn)品研制生產(chǎn)到最終應(yīng)用的完整技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。
(四)以“雙碳”戰(zhàn)略引領(lǐng)綠色發(fā)展
基于推進(jìn)高分子材料綠色和低碳發(fā)展的目標(biāo),以生物基、可循環(huán)、易回收、可降解為導(dǎo)向,研發(fā)推廣性能達(dá)標(biāo)、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的塑料制品及替代產(chǎn)品,培育有利于規(guī)范回收和循環(huán)利用、減少塑料污染的新業(yè)態(tài)新模式。以PLA 等材料為突破口,基于其來(lái)源于生物質(zhì)和可堆肥降解的特點(diǎn),優(yōu)化末端回收與循環(huán)體系,使其在一次性塑料制品應(yīng)用領(lǐng)域率先作為環(huán)境友好替代品推廣。
中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì) 中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部 中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部 中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部 中華人民共和國(guó)財(cái)政部 中華人民共和國(guó)商務(wù)部 中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)
江蘇省發(fā)展和改革委員會(huì) 江蘇省工業(yè)和信息化廳 江蘇省財(cái)政廳 江蘇省生態(tài)環(huán)境廳 江蘇省科學(xué)技術(shù)廳 江蘇省商務(wù)廳 江蘇省應(yīng)急管理廳 江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局 江蘇省統(tǒng)計(jì)局
北京市化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 天津市石油和化工協(xié)會(huì) 遼寧省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 內(nèi)蒙古石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 重慶市石油與天然氣學(xué)會(huì) 河北省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 山西省化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 吉林省能源協(xié)會(huì) 黑龍江省石化行業(yè)協(xié)會(huì) 浙江省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì) 安徽省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 福建省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 江西省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 河南省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 湖北省石化行業(yè)協(xié)會(huì) 湖南省石油化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 廣東省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 海南省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì) 四川省化工行業(yè)協(xié)會(huì) 貴州省化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì) 云南省化工行業(yè)協(xié)會(huì) 陜西省經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì) 甘肅省石化工業(yè)協(xié)會(huì) 青海省化工協(xié)會(huì)
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