不同种类的高性能合成树脂技术发展趋势 原文链接：https:...

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高性能合成树脂是支撑先进制造、新能源、电子信息等国家战略性新兴产业发展的关键基础材料。随着产业结构升级、我国居民消费能力和消费水平的提升，对高性能合成树脂产品的需求持续增加。突破高性能合成树脂技术瓶颈，升级现有材料体系，满足重大工程和高端制造需求，是培养发展新动能、获取未来竞争优势的重要举措，也是支撑和拓展战略性新兴产业发展的必然途径。下面一起来了解下高性能合成树脂技术发展趋势。



高性能聚烯烃材料技术发展趋势


01|开发原料多元化技术


原料多元化是未来我国聚烯烃行业发展的重要特征。目前我国聚烯烃产业已经从石脑油裂解工艺独占鳌头的时代，进入煤油竞争阶段。伴随着诸多轻烃资源的进入，烯烃类原料将以低成本优势在聚烯烃行业赢得一席之地。以聚乙烯为例，尽管油制聚乙烯产能占比高达77%，煤化工工艺产能占比快速提高至19%，成为聚乙烯扩能的主要方向；外购甲醇占比仅为4%，后期仍将继续下降。相较而言，聚丙烯原料多元化进程更为迅速，尤其是煤制工艺和丙烷脱氢（PDH）工艺呈快速增长趋势。目前煤制工艺产能占比为23%，PDH工艺产能占比为8%，而传统的油制聚丙烯工艺产能则下降至55%。利用多元化原料制备高性能聚烯烃的技术关键在于优化进料控制和保障原料品质，通过工艺优化来灵活采用多种原料进行生产。


02|提升催化剂技术


聚烯烃催化剂研究已从最初的注重提高催化剂效率转向改进产品综合性能，主要目标是提高催化剂对聚合物性能的控制能力。茂金属催化剂实现了聚合链长度、分支度和立构规整性的精细调节。相比传统的齐格勒/纳塔催化剂，采用茂金属催化剂制备的聚烯烃产品结构具有更好的规整性、可调控性、产品性能。2017年，国内自主开发的载体型茂金属聚丙烯催化剂在间歇式液相本体聚丙烯装置（8×104 t/a）首次投入使用，填补了国内技术空白。茂金属催化剂凭借其活性高、单一活性中心、共聚能力强等优点仍将不断发展，进而更加精确控制聚合物分子构型、定制生产满足最终用途的产品。相关技术的研究重点在于进一步改善茂聚烯烃的形态，加宽其相对分子质量分布范围，降低昂贵的助催化剂甲基铝氧烷（MAO）用量，进一步降低茂金属催化剂成本。



此外，二亚胺钯、水杨醛亚胺镍、膦磺酸钯催化等催化体系的开发，实现了极性单体与烯烃的共聚反应，显著提高了聚合物的表面性能、黏附力、柔韧性、耐溶剂性、流变性，以及与其他聚合物、高分子材料助剂的共溶和共混性，这也是未来发展的趋势之一。


03|多种聚合工艺共存


长期以来，在聚烯烃工艺技术领域，一直是多种工艺并存，各展其长，同时新技术不断涌现。聚丙烯聚合工艺数量超过20种，其中溶液法和浆液法逐渐被淘汰，本体法和气相法保持优势，尤其以Unipol、Novolen、Innovene等为代表的气相法工艺近10年来发展很快；多区循环反应器技术也正在兴起。聚烯烃弹性体（POE）聚合工艺以美国陶氏化学公司开发的Insite溶液法聚合工艺、埃克森美孚公司开发的Exxpol高压聚合技术为主。近年来，基于Insite催化剂技术成功发展了新型链穿梭聚合技术，获得了高性能烯烃嵌段共聚物。


04|装置趋于大型化


伴随着乙烯装置大型化发展、聚烯烃工艺及工程技术进步，聚烯烃生产装置亦趋向大型化，相关装置的单线生产规模从20世纪末的2×105t/a发展到当前的4×105~5×105t/a，生产经济性明显提高。我国在建的聚丙烯项目总产能超过1×107 t/a，单线装置产能大都超过3×105t/a；大型聚烯烃生产设备研发进展显著，国产首台2×105t/a聚丙烯大型挤压造粒机组打破了国外垄断；国产规模最大的聚乙烯大型挤压造粒机组的研发与应用通过了成果鉴定，即将投入工业应用。


05|涌现高端牌号产品


聚烯烃产品技术以提高产品综合性能为目标，致力于开发新品种，提高产品附加值，扩大产品应用领域。在聚乙烯方面，改进共聚单体开发出的耐热聚乙烯（PE-RT）已用于建筑物采暖，通过优化聚乙烯双峰聚合工艺开发出具有更好低熔垂和耐开裂性能的大口径聚乙烯管材用于油田和物流运输，开发了茂金属聚乙烯新产品以及能够用于锂电池隔膜的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）产品。此外，包括医疗器械/医用防护用品用聚丙烯材料、抗菌聚丙烯材料、低可溶出物的丙丁共聚聚丙烯、低VOC聚丙烯材料在内的新产品新牌号也在不断涌现。


06|重视废旧塑料的回收利用


在自然环境下，塑料制品应用后难以自然分解，加之聚烯烃塑料制品应用分散、使用周期短，因此构成了环境负担，回收利用成为世界关注焦点。废弃塑料回收利用技术主要有直接再生、改性再生、化学回收等。化学回收法通过热裂解、催化裂解和热裂解–催化改质等方式，改变塑料大分子的键合状态，使其分解产生各种低分子化合物或低聚物；可用于生产燃料油、燃料气和化工原料，成为最具发展前景的回收利用方法。


其他高性能合成树脂材料技术发展趋势


01|光学级合成树脂


光学级合成树脂主要用于光学纤维、发光二极管透镜、液晶显示器导光板、光伏电池、高端液晶显示器扩散膜和增亮膜、触摸屏保护膜等方向，发展潜力巨大。在光学级聚酯薄膜方面，重点发展方向有建立关键性成型技术指标与光学特性的关系，改进现有同步双向拉伸生产制造设备，优化在线多功能精密涂布成型技术。在光学级聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）方面，针对表面硬度不够、耐热性差、冲击强度不高等短板，重点提升材料的抗冲强度、耐热性、流动性与加工性能，同时注重开发功能化材料，如吸收紫外线PMMA、光致变色PMMA等复合材料。


02|电子级合成树脂


电子级合成树脂主要包括环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂等品种。电子级环氧树脂在覆铜板基材方面用量最大，其次是半导体和集成电路封装材料，未来朝着低成本、阻燃、耐热、高模量、绿色环保、可降解、材料复合的方向发展；针对覆铜板、电子封装的特定需求，结合品种选择、固化技术、配合技术等开发定制化产品。电子级酚醛树脂主要用于覆铜板和集成电路封装领域，随着终端应用产品朝着轻薄、多功能化、高频高速化、绿色环保化方向发展，开发高性能、多样化的材料产品成为重点；采用无机元素改性、结构改性和共混改性等手段提升酚醛树脂性能，还可开发苯并噁嗪树脂等新子类。硅树脂具有优异的热氧化稳定性、电绝缘性能、耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧等性能，在绝缘漆浸渍H级电机及变压器线圈、半导体封装材料、电器零部件绝缘材料等方面应用广泛；未来重点开展硅树脂结构与应用性能关系研究，开发结构可控的硅树脂以及用于芯片、电路板等特种硅树脂。


03|膜级合成树脂


膜级PVB由PVB树脂（含量约为70%）经增塑剂塑化后挤压成型，主要用于夹层安全玻璃、航天器、精密仪器等技术领域，关键在于原料质量、生产工艺、膜制备工艺。当前最先进的PVB膜生产技术是挤出流涎法；也可利用多层共挤技术，在两层或多层PVB薄膜中间复合某种特定新材料来构成复合型PVB薄膜，具有高效隔热/隔音功能以满足特殊领域应用需求。


PVDF膜具有机械强度高、热稳定性好、耐化学性强、耐水性高等优点，用作水处理过滤膜、医用透析膜、高性能锂电池隔膜等。由于疏水性强，PVDF膜进行亲水改性具有实用价值。综合考虑改性方法与制膜工艺，简化改性步骤并降低改性成本以适应工业化应用，也将是重要研究方向。


04|其他小类


增材制造用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯（ABS）树脂主要以丝材形式用于熔融挤出成型技术。增材制造个性化定制消费成为全球性趋势，开发耐候型丙烯酸酯–苯乙烯–丙烯腈（ASA）树脂、高耐热ABS、透明ABS、低收缩ABS等专用料是重要的研发方向。采用合金化、复合化、化学改性等技术手段提高ABS树脂材料的机械性能和加工性能，更好适应高端应用需求。


高速铁路用聚氨酯凭借优异的耐磨性，较高的强度和弹性，良好的抗冲击性、耐疲劳性和低温柔顺性，在无砟轨道灌封填充、道碴胶、弹性垫板、防水涂料等领域应用广泛。推广固定道床技术，开发节能与环境友好型聚氨酯生产技术，掌握高端聚醚多元醇、高品质聚酯多元醇、新型关键助剂等关键原料生产技术，满足高速铁路建设对高性能材料的需求。



在聚氯乙烯（PVC）树脂高端专用料方面，目前主要通过改变聚合方法、共聚改性等手段对PVC进行改性，提高热稳定性和加工性能。针对应用需求和塑料产品性能要求，优化PVC加工工艺和设备来进一步拓宽材料应用范围，主要有管道/管件用氯化聚氯乙烯专用料、人造革/墙纸用糊状聚氯乙烯树脂、医用高聚合度聚氯乙烯热塑性弹性体树脂，气管插管用环己烷–1，2–二羧酸二异辛酯增塑PVC专用料、高交联度PVC建筑用密封条专用料等高端系列产品。


来源：《中国工程科学》化工智库

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