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1、膜材料现状及发展趋势 中国化工经济技术发展中心副总工程师 联合国工发组织绿色产业专家委员会委员 全国精细化工原料及中间体行业协作组副理事长 教授级高工 徐京生 2011年9月深圳内容LCD用膜太阳能电池用膜分离膜锂电池用膜分离膜分类 n 从化学物质分1. 有机（1）较通用的有PP、PE、PVC、ABS、PMMA、PS、CA（ 醋酸纤维素）；（2）工程塑料：PA、PET、PBT、MPPO、PC;（3）特种工程塑料：如PVDF、聚砜类、聚醚芳酮类、PVC 、PPS等。2. 无机氧化硅、氧化铝、氧化钛、不锈钢等。 n 从膜功能结构分：反渗透膜、超滤膜、微孔过滤膜、纳滤膜、 渗透汽化与蒸汽透过等。 n
2、 从可分离的物质分：液-液、液-固、液-气、气-气。 n 膜的形式分：中空纤维等。分离膜-1水处理膜市场规模 p 现状 - 世界分离膜市场在450亿美元左右，其中膜制品约80亿美元。 - 国内市场达360亿元，膜制品约60亿元。 90%用于水处理。 p 发展趋势 - 中国有3亿人喝不到达标水，2012年7月1日强制实施的生活饮用水卫生标 准将饮用水指标由原标准的35项增至106项，并对原标准35项指标中的8项进 行了修订。按照该标准，用膜法对饮用水深度处理是必经之路。- 我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达1.05万亿元和1.39万亿 元，其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达
3、4355亿元和4590亿元。- 目前我国已建成的海水淡化工程能力达到60万吨/天，其中60%采用膜法技 术。相关“十二五”规划提出海水淡化能力要达220万-260万吨/天，膜法技术有 更多施展空间。-中国在“十二五”期间将大力提高分离膜的自给率，在分离膜全领域形成完备 的规模化生产能力并实现进口替代，其中涉及水处理的超滤和微滤膜年产能就 将达到4500万5000万m2;电驱动膜产能形成100万130万m2/a。分离膜行业将 迎来“黄金十年”，战略机遇凸显。年均增长20%以上，2015年达600多亿元。分离膜-2分离膜-3水处理膜生产和研发 - 目前，全国从事分离膜研究的院所和大学超过100家，
4、从事膜材 料、膜组件、膜工程的企业600余家。p 中空纤维膜及组件 - 国外 PVDF中空纤维膜：国外有美国陶氏、科氏，日本旭化成、三菱 丽阳、东丽，德国西门子，新加坡美能等。 聚醚砜（PES）中空 纤维膜：国外有荷兰诺芮特，新加坡凯发，德国滢格、迈纳德等 。 聚丙烯腈（PAN）：国外有迈纳德等。 - 国内 天津膜天膜: PVDF、PES、PSF、PAN、PE等。 海南立升:主要PVC合金，小于0.01微米中空纤维膜。 北京坎普尔：PVDF、PSF中空纤维膜。 北京碧水源： PVDF中空纤维复合膜。 苏州膜华材料科技：400万平方米，10条线。 1. 反渗透膜（RO） - 主要用醋酸纤维素（C
5、A、TAC）、PA及其复合材料。- 2010年世界产能约6000万m2/a。- 2010年国内产能400万m2/a，市场规模25.9亿元。其中海水淡 化达到70万m3/日，有60%采用膜法技术。相关“十二五”规划提出 海水淡化能力要达220万-260万吨/天，反渗透膜产能要达到1000 万m2/a，国产反渗透膜份额要上升至25%-30%。另外，纯净水 5400万m3/日。- 陶氏占33%；日东电工（海德能）占25%；蓝星东丽占12%； GE占12%；北京时代沃顿科技占7%；深圳惠程等。分离膜-42. 超滤（UF）和微滤膜（MF） - UF主要用CA、聚砜、聚砜酰胺、聚醚砜、PNA、PVC、PE
6、K类；主要厂家 ：碧水源（有100万m2/a的中空纤维超滤膜生产线）、苏州膜华材料科技。- MF主要用CNCA（硝化纤维素-醋酸纤维素）、PA6、PA66、PVDF、聚砜 、PVC、PP、丙烯腈-氯乙烯共聚物有机膜；陶瓷、玻璃、烧结金属、碳膜等 无机膜。主要厂家有苏州膜华材料科技、碧水源（有200万m2/a PVDF中空纤维 微滤膜生产线）。- 企业数、产品种类、型号及产量世界第一；共4000万m2/a ，5家售出的处理 能力510万m3/日；海水淡化前处理、市政供水、污水处理再生水回用；PVC合 金膜、无机膜、TIPS法膜、衬网膜；MBR（膜生物反应器）10万-11万吨/日， 市政供水 10
7、万-50万m3/日。 -2010年市场规模18.64亿元。“十二五”期间都要达4500万5000万m2/a。-深圳立升、天津膜天膜、碧水源、山东招金膜、浙江欧美居前五。- 碧水源MBR占国内市场近一半， 2010年建成200万m2/a PVDF中空纤维微滤 膜以及100万m2/a的中空纤维超滤膜生产线，实现用膜完全自给。分离膜-53. 纳滤膜（NF）- RO的1/10，内资2-3家。- 脱硬度，农药、染料、有机酸脱盐、浓缩和提纯，植物活性物 质提取与浓缩。分离膜-6分离膜-7气体分离膜 - 用于富氮、富氧、氢/烃回收、天然气脱酸、脱湿等。 - 世界2010年3.5亿美元。 - 国内4.5亿-5
8、亿元，CO2及有机蒸气分离膜达到国际水平；海上和四川气田开 发，天然气净化将发展。渗透汽化与蒸汽透过 - 渗透汽化世界400多套有机液脱水。国内4-5家，2家无机陶瓷膜，中空型组件 问世；工程（1万升/日以下）。 - 蒸汽透过，国际420套（单体回收），用于天然气生产中C3及以上气体和酸 性气体脱除，液化气、油气回收。医用和医药分离膜 - 人工器官用膜（血液透析膜等）、生物医学分离器用膜（胸腹水、血液浓缩 器，血液成分分离器、血脂过滤及人工神经导管等）。 - 世界血液透析器约1.3亿支/年；国内1000万支，15亿元市场，常州朗生医疗 器械工程有限公司、成都欧赛医疗器械有限公司和北京润坤佳华科
9、技有限公司 等生产。分离膜-8离子/质子交换膜 p 氯碱工业用全氟磺酸离子交换膜 - 国外美国杜邦、日本旭化成和日本旭硝子等生产。 - 我国是全球第一氯碱生产大国，装置规模超过3800万吨。但离子膜烧碱用的 核心材料离子交换膜100%依赖进口，成为氯碱工业安全运行和健康发展的瓶颈 。从1980年开始，我国将这一技术列入国家“六五”、“七五”重大科技攻关计划 ，先后投入几亿元资金进行科技攻关，但一直没有研制成功。 - 2009年9月，东岳集团研制的氯碱工业用大面积全氟离子膜成功下线; 2010年 5月14日到6月30日，应用于沧州大化黄骅氯碱厂、蓝星化工机械厂和东岳集团 氯碱装置。据称超杜邦N9
10、66。2011年推广5-7家。 - “十二五”期间国内氯碱工业用全氟离子膜将实现规模化生产，年产能达到20 万平方米，到“十二五”末争取替代进口率达60%。p 燃料电池用全氟磺酸质子交换膜 - 国内无锡江天高新纳米技术材料公司开发。 分离膜-9国产膜材料发展困境 - 我国膜技术应用主要偏重于低端水处理领域，占市场的90%左 右，而发达国家为70%左右。大型水处理工程也主要依靠国外膜 材料，我国膜技术应用尚处于低端层次。- 膜技术的应用领域局限， RO加NF占56.1%，微滤小于超滤。- 膜的原材料、膜、辅料及膜元件大部进口：膜原材料50%-70% （PVDF、PES、PS）进口。膜进口：Naf
11、ion膜、RO及透析膜 的90%；超滤和微滤的40%。- 内资企业规模小，研发弱，市场竞争难。- 与国际先进水平比，技术差距明显。- 在工程领域，国产膜应用率较低（RO等）。- 市场规范化程度不够。分离膜-10国外膜产业结构国内膜产业结构掩模板彩色颜料玻璃基板彩色 滤光片TFT-LCD 面板与模组制造设备导 光 板CCFL /LED光 学 薄 膜背光模组TAC 膜PVA 膜偏光片芯片设计芯片生产FPC驱动IC外框、 PCB板、 各类薄膜 以及 其它材料液晶材料化学气体与材料大尺寸TFT-LCD应用整机产业中小尺寸TFT-LCD应用整机产业笔记本电脑台式电脑显示器液晶电视ODM/OEM品牌ODM
12、/OEM品牌ODM/OEM品牌手机PDAMP3电子相框车载电视、特种显示、渠道商/零售商/直销商/终端消费者LCD用膜-1背光模组？ - 液晶本身发光，背光模组的功能在于供应充足的 与分布均匀的光源， 使其能正 常显示影像。背光模组的结构？ -主要由以下组件组装而成：1）光源：包括冷阴极萤光管（CCFL）、热阴极萤光管、发 光二极体（LED等）；2）灯罩；3）反射板（Reflector）；4）导光板（Light guide plate）；5）扩散片（Diffusion sheet， 1-2片，漫射膜）；6）增膜（Brightness enhancement film ，1-2片，棱镜片 ）；7
13、）胶框（housing)；8）黑白胶（Curtain Tape）等。 - 其中光学膜片与导光板为最主要的技术和成本所在。成本- 在背光模组的零部件中，棱镜片、导光板及冷阴极管是最关键的，合计约占背光模组 总成本的63%。生产企业 - 国际上少数几个厂家如美国3M，日本KlMTO、Efun、日东电工、五洋纸工（Goyo） ，韩国三星、Mntech、LG以及中国台湾的企业垄断。 - 国内凯鑫森（上海）功能性薄膜、北京康得新复合材料。LCD用膜-2导光板 - 用于侧光型背光模组，是影响光效的重要元件，用注塑成型的工艺将 PMMA或PC压制成表面光的楔形板块，然后用具高反射且吸光的材， 在导光板底面用
14、网版印刷印上圆形或方形的扩散点。 - 主要功能：导引光线方向，以提高面板光辉度及使亮度均匀。冷阴极管位于导 光板厚侧端面，冷阴极管所发的光以端面照光的方式进入导光板，大部分的光利 用全反射往薄的一端传导，当光线在底面碰到微结构正面射出，利用疏密、大小 同的微结构图案设计可使导光板面均匀发光。 - 从外型上又区分为：1）楔型板，一般笔记本电脑因考虑空间关系均采用楔型 板；2）平板，LCD 监视器与LCD TV以平板为主。 - 材质:PMMA或PC。因其表面粗糙度较低、光学特性良好。 - 制作工艺：1）印刷式（以网板印刷的方式印上扩散点）；2）非印刷式 （利 用设定好的网点或纹路的摸具制作），非印
15、刷式包括机械加工、蚀刻及薄板取代 等方式。 - 印刷式：利用热干性或UV油墨（扩散和反射特性光源物质SiO2/TiO2，3um， 掺杂量0.3%）做印刷原料，涂布在导光板反光侧制成网点，破坏其全反射，使入 射光产生散射特性，成漫反射效果从导光板正面均匀射出。网点排列方式:由疏 到密,由小到大。LCD用膜-3扩散片 - 制作材质：使用PET或PC基材，正面光滑，反面粗糙。 - 制作方式:1）在PET基材上涂布扩散层（透明树脂混合光扩散材料制成）；2）以PC为基材，利用滚轴热压形成凹凸粗糙面。 -区分方法:1）PET材料当光线透过时,会略偏黄色;2）PC材质当光线透过时会略偏蓝色。 - 为提供液晶
16、显示器一个均匀的面光源，一般传统的扩散膜主要是在扩散膜基材 中加入一颗颗的化学颗，作为散射子，目前的扩散板其微子分散在树脂 层之间，所以光线在经过扩散层时会断地在个折射相异的介质中穿过， 同时光线就会发生许多折射、反射与散射的现象，如此造成光学扩散的效果 。或是使用全息技术，经由曝光显影等化学程序将毛玻璃的相位分部纪录下来粗 化扩散膜基材表面，以散射模糊导光板上的墨点或线条。但在此光架构下，由 于材本身及化学颗粒的性质，将会造成无可避免的吸光而且其对光的散射是散 乱的，而造成光源无法有效的用。再加上其化学工艺较费时，所需的生产成本 相对也较高。LCD用膜-4增亮膜/棱镜片 - 作用：光自扩散板射出后其光的指向性较差，必须利用棱镜片修正光的方向， 以提升辉度。 - 原理：由光的折射与反射来达到凝聚光线、提高
