我国高分子材料未来发展的方向

《我国高分子材料未来发展的方向》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国高分子材料未来发展的方向（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 40 卷第 3 期 2012 年 2 月 广州化工 Guangzhou Chemical Industry Vol 40 No 3 February 2012 本刊报道 我国高分子材料未来发展的方向 本刊记者汪焕心 1聚烯烃的未来发展方向 聚烯烃材料研究热点与未来发展方向， 专家认为， 聚烯烃的合金化、 高性能化及多样化是我国当前主要的 发展方向。虽然天然及可降解高分子材料研究在近十 几年来取得了许多进展， 但在市场应用上仍然仅限于一 些简单的包装及一次性用品上， 其原因既有价格问题， 也有消费者的习惯问题。在结构高分子材料方向， 聚烯 烃的合金化、 高性能化及多样化成为我们在汽车、 轨道

2、交 通及家电、 居家建筑材料等家用材料领域的主要选择。 聚烯烃的合金化可以获得聚烯烃釜内合金材料。 聚烯烃釜内合金材料的设计与合成、 函盖了催化化学、 聚合工程学、 高分子物理学等一系列学科内容， 也代表 了一个国家石化技术的发展水平。目前国际各大石化 公司和科研机构都以聚烯烃釜内合金催化剂和聚合工 艺的研发作为占据高性能石化产品合成领域高点的重 要策略， 某科研投入巨大， 新技术、 新产品层出不穷。然 而， 我国聚烯烃釜内合金的基础和工程化研究均处于起 步阶段， 要想成功突破国外专利技术封锁、 获得自主创 新的聚烯烃釜内合金技术， 面临极大挑战。 聚烯烃是合成高分子材料中用量最大， 应用范围

3、最 广的品种。自 20 世纪 50 年代工业化以来发展极为迅 速， 其制品在汽车、 建筑、 家电、 包装和农业等领域得到 广泛应用。近年来， 随着全球范围内可持续发展和节 能、 低碳呼声的日益高涨， 研发以聚烯烃釜内合金为代 表的组成范围宽广、 性能可调节性强的高性能聚烯烃材 料， 以集约化应用替代多种高分子材料混杂使用， 成为 适应社会发展对高分子材料提出的可回收和可利用要 求的不二选择。 中科院化学所自 2004 年起， 开展了具有自主知识 产权的聚烯烃釜内合金新型 Ziegler Natta/茂金属复合 型催化剂的研究， 在深入理解聚烯烃 聚合物之间， 构 效关系等的基础上， 集合最新的

4、催化剂合成和烯烃聚合 技术， 通过合理构建并有效调控聚烯烃釜内合金专用催 化剂体系， 控制聚合反应条件及过程， 提出了全新概念 的合成方法， 开发了一系列具有自主知识产权的聚烯烃 釜内合金制备技术。该项研究在国家“863” 计划的重 点支持下近期取得重要进展， 在汽车用聚烯烃釜内合金 树脂制备技术的千吨级中试应用中， 摸索出一条适用于 我国现有聚丙烯工业装置的复合型催化剂体系制备聚 烯烃釜内合金的合成路线， 制备了性能先进的聚烯烃釜 内合金树脂在汽车塑料中广泛应用的技术和产业基础， 使我国高性能聚烯烃釜内合金的研发能力达到与发达 国家同步的水平。发展我国自主聚烯烃釜内合金技术， 对未来提高国内

5、企业参与国际市场竞争， 提高产品应用 档次具有重要意义。 2聚合物太阳能电池的未来发展方向 高分子材料在太阳能高效利用方面有着独特优势。 聚合物太阳能电池的发展将为高分子材料提供新的应 用空间。太阳能作为大有前途清洁能源， 其有效开发利 用的关键在于电池材料。目前太阳能电池应用技术分 为两大类， 即晶体硅片和薄膜。尽管眼下薄膜太阳能电 池的市场份额不到 10%， 但这种新的薄膜半导体有望 很快找到它的特殊应用市场。高分子材料因为具有质 量轻、 柔韧易加工、 制作工艺简单、 成本低、 可大面积制 备等突出优点， 在太阳能池材料中极具竞争力。 自从在本体异质结器件中发现光伏效应后、 聚合物 太阳能

6、电池得到了较大的发展。这种类型的太阳能电 池结构由 Heeger 小组在 1995 年提出， 之后的 10 多年 里， 给体/受体本体异质结器件已成为聚合物太阳能电 池研究的主流。文献报导的最高能量转换效率到 2009 年时已达到 6. 77%。但是相对于无机半导体太阳能电 池而言， 效率还很低， 而且性能不够稳定。 为了提高其能量转换效率众多的科学家从材料合 成、 器件结构、 器件制备等角度入手， 对聚合物太阳能电 2广州化工2012 年 2 月 池相关材料和器件进行了深入研究， 目前研究热点是聚 合物光伏材料的设计与合成， 可编程系统芯片( PSC) 器 件结构的改进， 制备过程和界面修饰

7、及其他因素对界 面、 光敏活性层形态和器件性能的影响， PSC 光电转换 机理等， 希望最终获得高能量转化效率的 PSC 器件。 而作为聚合物太阳能电池的主要组成部分、 光敏活性层 材料的改进， 尤其是共轭聚合物光伏材料的结构和性能 改进是 PSC 研究的一个重点。 近年来， 大量用于光敏活性层的共轭聚合物材料被 设计、 合成出来， 并被应用到光伏器件中。目前国际上 聚合物太阳能电池领域的研究十分活跃， 新一代光伏技 术开发在美国国防先进研究项目局 CARPA( Defenced Research Projects Agency) 的简称， 所支持下得到了很大 发展， 结合 Michael G

8、raetzel 博士开发的“燃料激活” 电 池和 Alan Heeger 博士开发的聚合物电池两种技术的新 一代光伏电池， 被认为是继晶体硅和薄膜光伏电池后的 第三代光伏电池， 有望开发出转换效率达到或者超过 20%的低成本薄膜电池。国内在聚合物太阳能电池方 面的研究起步较晚， 但是目前许多科研机构在从事这方 面的研究。 相比较第一代光伏发电技术是以晶体硅生产光电 池为核心的技术、 第二代光伏发电技术是指品种繁多的 薄膜电池技术， 而我们所说的第三代光伏电池技术则是 一种完全 “绿色” 的光伏发电技术。可喜的是国内加快 转型升级， 优化产业结构在常州高新区光伏产业园的天 合光能( 常州) 科技

9、有限公司， 投资总额 10. 2 亿美元， 公司2010 年6 月成立， 外商独资企业， 主要生产产品太 阳能电池片、 光伏组件。天合光能 2 个 280 MW 组件即 将投产。整个项目竣工后将新增生产能力年产 500 MW 高效太阳能电池和组件， 年销售收入 62500 万美元。再 就是常州协鑫光伏科技有限公司是香港上市公司保利 协鑫能源控股公司投资创办的全资子公司。公司规划 建设年产 1. 2 GW 的高纯多晶硅切片项目， 总投资 1. 81 亿美元。2010 年3 月28 日开工建设后， 仅用58 天时间 就建成了 300 MW 切片项目， 创造了国内乃至世界太阳 能行业的建设奇迹; 二

10、期工程自 6 月开工后， 也仅用 4 个月时间就建成投产， 2010 年公司完成销售收入 11 亿 元， 创量利税 3 亿元， 实现了当年建设、 当年投产、 当年 盈利的目标。三期年产 600 MW 多晶硅片项目于 2011 年 2 月 25 日开工， 至今年 2011 年 6 月份协鑫光伏三期 年产 600 MW 多晶硅片项目提前竣工， 总产能达到 1. 2 GW 切片产能， 全年力争实现 50 亿元的销售收入。 3医用高分子材料的未来发展方向 生物医用材料是人工器官和医疗器械的基础、 迄今 已有几千年的发展历史， 而生物医用高分子作为生物医 用材料中发展最早、 应用最广泛、 用量最大的材料

11、， 鉴于 其具有原料来源广泛、 可以通过分子设计改变结构、 生 物活性高、 材料性能多样等优点， 是目前发展最为迅速 的领域， 已经成为现代医疗材料中的主要部分。 对医用高分子材料的深入研究不但对探索人类生 命奥秘具有重大意义， 也可以带动功能性高分子产业链 的深化发展。现代医学的进步已经越来越依赖于生物 材料器械的发展， 医用高分子材料的应用更加广泛， 需 求量也随之越来越大， 主要用在以下几方面: 一是用于人造器官， 如心脏瓣膜、 人工肾、 人造皮 肤、 疝气补片等。我国在此领域起步较晚， 仅在初级的 组织工程支架材料方面投入较大， 浙江大学、 清华大学、 中科院成都有机所等均有课题小组进

12、行相关研究， 他们 通过多层复合、 共聚等手段将聚乳酸、 聚乙内酯、 海藻酸 钠等生物相容性材料制备成支架材料， 但仅考察了其潜 在应用价值， 距离实际使用仍有漫长的道路要走， 尤其 是完整的人工器官研发还完全处于仿制阶段， 缺乏自主 的创新的产品。 二是用于医疗器械， 如手术缝线、 导尿管、 检查器 械、 植入器械等。目前的手术缝线多数来自于丝素蛋 白， 其纤维不但具有优良的生物相容性， 也具有良好的 力学强度; 而可吸收缝线则主要采用聚乳酸， 我国目前， 已经可以完全自主生产这几种缝线， 同时在国内拥有较 大的市场份额。植入防粘连材料、 外用抗菌伤口包覆材 料我国也有多个研究小组投入研究，

13、 开发的聚乳酸防粘 连薄膜、 银离子纳米抗菌敷料等均已获得中国国家食品 药品监督管理局许可进入市场。 三是用于药物助剂， 如药物控释载体、 靶向材料等。 我国在这方面的研发位于世界前列， 中科院长春应化所 研究人员利用静电纺丝技术制备的聚乳酸超细纤维可 以包埋油溶、 水溶药物， 同时实现控制释放。中科院化 学所研究人员通过调节嵌段聚合物的组成或比例， 有效 控制了材料的降解时间; 通过修饰聚合物功能基团制备 的微球作为药物载体， 能够实现随温度、 pH 值变化的选 第 40 卷第 3 期汪焕心: 我国高分子材料未来发展的方向3 择性释放; 通过将放射性核素与纤维膜材料联合， 实现 了术后防粘连

14、和灭杀残余肿瘤细胞的双重功效。 我国医用高分子材料技术发展不快、 生产水平较 低， 究其原因， 由于医用高分子材料的研发周期一般较 长、 需要经过体外实验、 动物实验、 临床实验等不同阶段 的实验， 材料市场化需要经过国家药品和医疗器械检验 部门的批准， 且报批程序复杂、 费用高， 所以生物材料的 研发成本高， 风险大， 我国医用高分子材料的生产水平 实际上依然十分低下， 处于产量低、 品种少、 规格不全、 且质量差、 水平低的境地。 随着科学的发展， 新材料不断出现， 不但要认真研 究新材料的生产安全性和使用范围， 更重要的是从借用 和改性逐步深入分子设计和结构设计层次开发新材料， 同时也需

15、结合实际临床需要， 克服医用材料研发周期 长， 见效慢等缺点， 真正做到产、 学、 研三者结合， 推动我 国医用高分子产业的发展， 为中国的化学品研发开拓新 方向。 4高分子膜材料、 膜技术的未来发展方向 近几十年发展起来的高分子膜材料、 膜技术是以具 有选择透过性的膜材料作为核心， 在膜两侧推动力下， 实现混合物分离、 提纯、 浓缩的分离技术。与过滤、 精 馏、 萃取、 蒸发等传统分离技术相比， 膜技术具有能耗 低、 分离效率高、 设备简单、 无相变、 无污染等优点。因 此被称为新型高效分离技术。作为一种高新技术、 膜技 术并不是高不可攀的， 实际上， 它就在我们身边。比如， 随处可购买到的

16、纯净饮用水绝大部分采用膜技术净化得 到; 为保持乳品的营养价值及水果的风味， 牛奶、 酸奶、 奶 酪等也可以采用膜技术进行除菌、 浓缩及杂质去除。 在缓解水资源短缺方面， 预计到 2050 年， 我国缺水 总量将达 4000 亿 m3， 因缺水而导致的工业总产值损失 大约 2000 亿元， 农业总产值损失大约 1500 亿元。膜法 海水淡化技术、 膜法水质净化技术、 膜及其集成技术将 成为解决我国北方资源缺水、 南方水质性缺水和城市缺 水的有效手段。 在化工与石油化工领域， 分离过程能耗占到了总能 耗的 70%左右， 分离效率低还导致了严重的环境污染 问题。膜分离技术可以高效低能耗地实现高精度分离， 是过程工业节能降耗的共性技术之一。如膜法精密过 滤代替蒸发， ， 可节能 40% 以上， 减少溶剂消耗量 30% 以上; 膜法渗透汽化技术代替精馏， 进行有机物脱水， 可 节能 50%以上; 采用膜法可以实现废酸、 废碱资源化利 用， 实现废液零排放; 用膜技术从天然汽中捕集二氧化 碳， 成本比吸收法大幅度降低。所以， 膜技术的发展得 到了全球范围的高度重视， 美国、 日本、