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03四大材料之三：可降解材料

圖 5  生物降解材料細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域（萬噸）

預(yù)計到2020年，我國生物可降解材料產(chǎn)量將達(dá)到250萬噸?！笆濉币?guī)劃、國際碳總量法律以及生物降解材料性能提升、價格下降將為中國生物可降解材料行業(yè)帶來前所未有的發(fā)展契機。

完全生物降解材料主要包括PLA、PHA、PBS/PBSA、PCL、PVA、PPE/PPC/PPB和小部分PSM等。生物破壞性材料主要指生物分解樹脂對傳統(tǒng)聚烯烴的改性材料，PSM中大部分屬于這類。

生物可降解材料的開發(fā)越來越符合社會的環(huán)保理念，目前全球研發(fā)的生物降解材料品種達(dá)幾十種，但實現(xiàn)批量和工業(yè)化生產(chǎn)的僅有PSM、PLA、PBS/PBSA、PHA、PCL等。

圖 6  2015-2020全球?qū)θ笊锝到獠牧闲枨罅款A(yù)測

04四大材料之四：新型彈性體

丙烯基彈性體

丙烯基彈性體是用茂金屬催化技術(shù)和溶液聚合工藝組合生產(chǎn)所得，是獨特的丙烯-乙烯半結(jié)晶共聚物，具有獨特的高彈性、柔韌性和低溫耐沖擊性，特別是和PP的相容性非常優(yōu)異。

目前全球只有三家公司有商品化的丙烯基彈性體，牌號分別是陶氏的versify、埃克森美孚的vistamaxx和三井的tafmer。

丙烯基彈性體優(yōu)點：

?丙烯基彈性體有著手感好、高填充、止滑性佳等特點，比如埃克森美孚vistamaxx的發(fā)泡優(yōu)勢；

?VM發(fā)泡產(chǎn)品有手感好，密度好，而且又有膠感；

?具有高填充，填充量可達(dá)100phr,而EVA填充量一般在30phr，在降低成本以及做某些功能性材料具有很大的優(yōu)勢，比如做阻燃材料，就是靠填充來發(fā)揮性能的；

?可100%回收，且發(fā)泡出來的產(chǎn)品不會出現(xiàn)產(chǎn)品表面氣孔的分布性不好，而EVA發(fā)泡如果加入回收料太多（一般加入量30phr），就會出現(xiàn)密度分布不好的現(xiàn)象；

?用VM做一些比較低硬度發(fā)泡的工藝，比EVA要容易操作很多。EVA如果硬度做到10°C，相當(dāng)困難，而且一般要加入SEBS來增加軟度，而VM就很容易做到；

?抗沖擊強度的改善帶來了減薄機會，能夠減少材料使用并降低成本；

?丙烯基彈性體具有較低的熔融溫度，從而降低了加工溫度，其較高的流動速率會提升加工速度。這可以減少能源消耗并提高加工效率。其柔韌性有助于提高拉伸比，減少流痕，從而實現(xiàn)更好的產(chǎn)品質(zhì)量和更低的廢品率。由于這種彈性體的收縮率比聚丙烯低，使得生產(chǎn)工藝更易于控制，模切更準(zhǔn)確，從而改善杯子與蓋子的相配程度，有助于降低廢品率。

丙烯基彈性體的應(yīng)用：

?食品保鮮盒領(lǐng)域無規(guī)共聚丙烯（RCP）應(yīng)用十分廣泛，但普遍存在低溫抗沖不足的問題。丙烯基彈性體應(yīng)用于聚丙烯改性，可以提高聚丙烯的韌性。在RCP中作為增韌劑，可以在提高韌性的同時保持RCP的透明度，有助于減少鉸鏈結(jié)構(gòu)的應(yīng)力發(fā)白；

?丙烯基彈性體與聚丙烯 (PP) 共混，可以實現(xiàn)更好的抗沖擊性、透明性和剛度平衡，同時還可以提高加工效率；

?可以用在無紡布、彈性膜、聚合物改性等方面，其中聚合物改性方面表現(xiàn)優(yōu)異，具體應(yīng)用案例有洗衣機座盤、食品容器蓋、加濕器水箱、塑料文具、運動水壺、拖鞋等等。

乙烯基彈性體

乙烯基彈性體的性能和特點：

聚乙烯鏈結(jié)晶區(qū)(樹脂相)起物理交聯(lián)點的作用，具有典型的塑料性能，加入一定量的α-烯烴（1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等）后，削弱了聚乙烯鏈的結(jié)晶區(qū)，形成了呈現(xiàn)橡膠彈性的無定型區(qū)(橡膠相)，使產(chǎn)品又具有彈性體的性質(zhì)；POE具有塑料和橡膠的雙重特性綜合性能優(yōu)異，因此POE可以看作是塑料與橡膠的橋梁產(chǎn)品。

POE彈性體與EPDM相比，它具有熔接線強度卓越、分散性好、等量添加抗沖擊強度高、成型能力杰出的優(yōu)點；與SBR相比，它具有耐候性好、透明性高、價格低、密度小的優(yōu)點；與EVA、EMA和EEA相比，它具有密度小、透明度高、韌性好、屈撓性好等優(yōu)點；與軟PVC相比，它具有無需特殊設(shè)備、對設(shè)備腐蝕低、熱成型良好、塑性好、密度小、低溫脆性佳和經(jīng)濟性良好等特點。

POE彈性體作為塑料增韌劑，不僅可以增韌改性與它相容的聚烯烴塑料，而且可通過過氧化物引發(fā)，有效地與馬來酸酐、丙烯酸縮水甘油酯等單體發(fā)生接枝反應(yīng)，所得到的接枝物廣泛用來增韌尼龍、聚酯等工程塑料。

聚烯烴彈性體POE分子結(jié)構(gòu)中沒有不飽和雙鍵，具有很窄的分子量分布和短支鏈結(jié)構(gòu)（短支鏈分布均勻），因而具有高彈性、高強度、高伸長率等優(yōu)異的物理機械性能和的優(yōu)異的耐低溫性能。

窄的分子量分布使材料在注射和擠出加工過程中不宜產(chǎn)生撓曲，因而POE材料的加工性能優(yōu)異。由于POE大分子鏈的飽和結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)中所含叔碳原子相對較少，因而具有優(yōu)異的耐熱老化和抗紫外線性能。此外有效的控制在聚合物線形短支鏈支化結(jié)構(gòu)中引入長支鏈，使材料的透明度提高，同時有效的改善了聚合物的加工流變性。

乙烯基彈性體的應(yīng)用：

?POE可以威脅到橡膠、柔性PVC、EPDM、EPR、EMA、EVA、TPV、SBC和LDPE等材質(zhì);

?應(yīng)用于不同產(chǎn)品，如汽車擋板，柔性導(dǎo)管，輸送帶，印刷滾筒，運動鞋，電線電纜、汽車部件、耐用品、擠出件、壓模件、密封材料、管件和織物涂層等;

?也可以作為低溫抗沖改良劑來改善PP的低溫抗沖性能，同時可以作為熱塑性彈性體運用于汽車領(lǐng)域。

乙烯基、丙烯基彈性體會有多牛？

中國天然橡膠對外依存度己超過85%；

正在建設(shè)超過4400萬噸/年乙烯新產(chǎn)能有了乙烯基彈性體這個潛在的好下游；

正在建設(shè)超過4000萬噸/年丙烯新產(chǎn)能有了丙烯基彈性體這個潛在的好下游！

乙烯基、丙烯基彈性體―相關(guān)技術(shù)研發(fā)迫在眉切。

氟/硅彈性體

氟硅橡膠是以氟硅聚合物為主體的配方組成，氟硅聚合物主鏈中含多個硅氧基團（-Si-O-），其無毒、耐高低溫！可做成熱塑性彈性體。

氟橡膠――“橡膠之王”：具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，是目前所有彈性體中最好的；耐高溫性能極佳、具有極好的耐天候老化性能和耐臭氧性能、真空性能和機械性能優(yōu)良等――彈性體中綜合性能極佳的品種。幾個小缺點：比如低溫性能不好、耐輻射性能也差等。

3．新材料產(chǎn)業(yè)的五大聚焦

01五大聚焦之一：結(jié)構(gòu)化材料

具有量身定制的材料特性和響應(yīng)，使用結(jié)構(gòu)化材料進(jìn)行輕量化，可以提高能效、有效負(fù)載能力和生命周期性能以及生活質(zhì)量。

未來的研究方向包括開發(fā)用于解耦和獨立優(yōu)化特性的穩(wěn)健方法，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化多材料系統(tǒng)等。

不希望新材料被理解在化學(xué)層面,而應(yīng)該在物理性能層面最大化用好它。

02五大聚焦之二：能源材料

研究發(fā)展方向包括：

持續(xù)研發(fā)非晶硅、有機光伏、鈣鈦礦材料等太陽能轉(zhuǎn)換為電能的材料，開發(fā)新的發(fā)光材料，研發(fā)低功耗電子器件，開發(fā)用于電阻切換的新材料以促進(jìn)神經(jīng)形態(tài)計算發(fā)展。

日本岡山大學(xué)的研究人員最近開發(fā)出一種利用氧化鐵化合物制成的新型太陽能電池。該太陽能電池的吸光率是以往硅酮制太陽能電池的100多倍。

催化材料的研究方向：

改良催化材料的理論預(yù)測，高催化性能無機核/殼納米顆粒的合成，高效催化劑適合工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用的可擴展合成方案，催化反應(yīng)中助催化劑在活性位場上的選擇性沉積，二維材料催化劑的研究。

03五大聚焦之三：極端環(huán)境材料

極端環(huán)境材料是指在各種極端操作環(huán)境下能符合條件地運行的高性能材料。

研究方向包括：

?基于科學(xué)的設(shè)計開發(fā)下一代極端環(huán)境材料，如利用對材料中與溫度相關(guān)的納米級變形機制的理解來改進(jìn)合金的設(shè)計，利用對腐蝕機理的科學(xué)理解來設(shè)計新的耐腐蝕材料；

?理解極端條件下材料性能極限和基本退化機理。

04五大聚焦之四：碳捕集和儲存的材料

?碳捕集和儲存的材料包括：基于溶劑、吸附劑和膜材料的碳捕集，金屬有機框架等新型碳捕集材料，電化學(xué)捕集，通過地質(zhì)材料進(jìn)行碳封存。

?潔凈水的材料問題涉及膜、吸附劑、催化劑和地下地質(zhì)構(gòu)造中的界面材料科學(xué)現(xiàn)象，需要開發(fā)新材料、新表征方法和新界面化學(xué)品。

?可再生能源儲存方面的材料研究基于：

研發(fā)多價離子導(dǎo)體和新的電池材料以提高鋰離子電池能量密度，研發(fā)高能量密度儲氫的新材料以實現(xiàn)水分解/燃料電池能量系統(tǒng)。

05五大聚焦之五：納米材料

?納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10～100個原子緊密排列在一起的尺度。

?由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們在磁、光、電、敏感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

?二維三維納米材料-電極材料、電化學(xué)儲能。

三、我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

圖 7  歐美及我國化工企業(yè)類型占比

1=精細(xì)化工和新材料型多元化工企業(yè)

2=傳統(tǒng)石化油氣和基礎(chǔ)化工類企業(yè)

3=其他類企業(yè)

目前我國傳統(tǒng)石化油氣和基礎(chǔ)化工類企業(yè)，巨額投資正熱火朝天,千億級投資項目集群有好幾個,百億級投資項目己“數(shù)不過來”。但是收益正急劇下滑，越來越多基礎(chǔ)化工類產(chǎn)品市場價暴跌,例如TDI、乙二醇、甲醇、MMA;連仍依賴進(jìn)口的PC、PMMA、PA66都不例外。

因此，必須對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有足夠的重視，否則，實體經(jīng)濟不會有強大的競爭力!

首先，工業(yè)消費級企業(yè)應(yīng)推動中國化工新材料發(fā)展，他們的參與和支持是關(guān)鍵。

?軌道交通（高鐵、動車、地鐵）―幾乎全由中車集團生產(chǎn)；

?中船集團壟斷了中國造船業(yè)―世界前三；

?格力、美的、海爾等均是世界級家電巨頭；

?全球規(guī)模第一的汽車制造業(yè)；

?全球最大消費級電子產(chǎn)品（手機、pad、電腦）生產(chǎn)基地、消費市場；

?還有蘭月亮、立白等日化大佬。

其次，通過對應(yīng)用的理解--推動化工新材料發(fā)展

?有機氟材料

含有氟元素的碳?xì)浠衔?/span>

?有機硅材料

  耐高低溫、電絕緣、耐候（光、放射性、臭氧）、無毒、阻燃、抗氧化等優(yōu)良特性

?工程、改性材料

  被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用材料。

?高性能纖維

  碳纖維、芳綸纖維、超高分子聚乙烯纖維

?電子化學(xué)材料――在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)三大類產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括：

單晶硅為代表的半導(dǎo)體微電子材料；

激光晶體為代表的光電子材料；

介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；

釹鐵硼永磁材料為代表的磁性材料；

光纖通信材料；

磁存儲和光盤存儲為主的數(shù)據(jù)存儲材料；

壓電晶體與薄膜材料；

貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。