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【趋势】新材料:四大国际化工巨头的雄心

石油观察 2020-03-26 06:44:26

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|刘潇潇

中石化经济技术研究院

1、石化新材料的主要分类

11 新材料的定义

新材料是指在各个高新技术领域发展的、新出现或正在发展中的、具备优异性能和功能的先进材料,是具有高技术含量、高价值的知识密集和技术密集的新型材料。它属于高技术,同时又是为高技术服务,是许多高技术的基础。新材料的发展包括两方面的内容:

一是研发新的成型技术和加工方法,合成或制备出具有高性能或具有特殊功能的新材料;

二是对传统材料的再开发,使性能获得重大的改进和提高。

12 石化新材料的主要范围

新材料产业属于基础性产业,是许多高新技术的基础,门类复杂而且学科交叉性强,根据目前的研究热点,新材料行业主要分为六大类,分别为新能源材料、新型交通运输材料、电子信息材料、生物医用材料、新型化工材料和节能环保材判。根据原料来源,凡是以石油及下游衍生物为原料生产的新材料均可纳入石化新材料的研究范围。

下图给出了新材料的具体分类,图中以阴影表示的部分均可作为石化新材料的研究对象。新能源材料,是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。

新型交通运输材料是指在交通设备中有重要运用的材料,普遍具有高质,轻量化的特点。

电子信息材料,是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料。

生物医用材料,是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。

新型化工材料,是应用于化工、石油等领域的基础原材料,主要包括有机氟材料、有机硅材料、高性能纤维、纳米化工材料、无极功能材料等,纳米化工材料和特种化工涂料是近年来的研究热点。

节能环保材料,研究热点和发展方向包括再生聚合物设计、材料性评价的理论体系、降低材料环境负荷的新工艺、新技术和新方法等。

2、 国外主要石化公司在石化新材料方面的发展动向分析

21 BASF公司

BASF公司在石化工业发展史上具有不可替代的作用。该公司研发动力从把握国际大趋势出发,以解决未来实际问题为主。其创新动力主要有4个方面:

一是不断增长的人口及老龄化;

二是城市化的不断发展;

三是能源需求和环境保护;

四是移动和交通。

BASF公司的未来研发主要集中在以下领域。

一是生物科技领域。

由于粮食生产已成为全球关注的焦点,使BASF在农业方面的科技创新产生了极大的兴趣,目前研发投入最大的部分是生物技术。目前BASF在这一领域的产品主要由除草剂和杀菌剂组成。

除此以外,BASF公司还在农药剂型方面进行了大量的创新活动,如开发能使农药的活性成分分散于水中而不是有机溶剂的聚合物等。

二是能源管理。

重点是开发储能材料,如有机太阳能电池材料、高密度的锂离子电池阴极材料、热电和磁热新材料、有机发光二极管发射材料等。

三是纳米材料技术。

如开发建筑外墙涂料,其具有防水防尘抗污染的特点。纳米改性的纺织物也是该公司的一个研发方向,如具有自净能力的聚醚砜改性的纺织物。此外在塑料领域,BASF公司也积极利用纳米技术进行研究。

四是原材料转化。

目的是对以石油、天然气、煤和可再生能源为原料的化学工业进行产品增值研究,使传统的化工产业能够生产出更多有价值的产品并提高其经济性。

22三菱化学

三菱化学在石化产品研发方面走在全世界的前列,其科技发展战略分为3个方面,

一是利用先进化学技术为人们和社会解决环境和能源问题;

二是将对未来生活的完美憧憬作为研发的动力和方向;

三是将研发能力作为公司核心竞争力。

三菱化学的未来研发思路重点是围绕信息储存材料、药物、医疗服务、信息材料、生物材料、光电子材料和能源等目标产品,开展科技攻关。三菱化学未来技术研发的主要方面有以下几个方面:表面改性技术、表面控制技术、微反应技术、功能性燃料技术、材料设计、生物技术、有机电子技术和纳米技术。

在这些领域涉及的产品研发中,三菱公司将优先投资新一代显示器(如白色LED)及车载化学成分(如车载锂离子充电电池材料)和有机太阳能电池等方面。

23 Bayer公司

Bayer的研发领域主要分为医药卫生、农业技术和材料技术3个方面。以2010年的科研投人比例来看,医药卫生领域投入最高,占全部科研投入的68%,农业技术科研投入占24%,材料技术科研投入占8%。尽管材料技术领域并不是Bayer公司科技开发的最重要领域,但是其在该领域方面的研究也具有一定的前瞻性和先进性。

如环保水性涂料、可印染的高强高轻薄膜、防腐涂料、低温下仍可保持高强度的汽车用塑料、隔热材料等。聚氨酯和聚碳酸酯系列产品是Bayer公司的传统优势产品,未来在该产品系列领域的研发仍将继续,重点主要是隔热保温材料(硬质泡沫塑料)、特种材料(汽车系统用材料和特种材料)、舒适材料(软质泡沫塑料)、聚氨酯改性等。

24埃克森美孚公司

埃克森美孚公司属上中下游一体化大型能源化工公司,尽管在化工新产品开发方面不如专业型化工公司成绩突出,但其更注重于开发新型合成材料以及提高经济性和环保水平的技术。

在石化产品领域,其未来研究方向主要有:让轮胎的胎压保持更久的轮胎气密层材料、车用轻质塑料、混合电动车用锂电池隔膜材料、高性能聚烯烃新产品(如可用于食品包装的新型丙烯基弹性体)等。

其化工新产品开发的应用领域主要集中于汽车和包装行业。此外,埃克森美孚公司科技开发的另一重点是如何对现有生产工艺进行改进、降低能耗、减少排放、提高产量以及为客户开发更新、更好的产品。

3、未来衣食住行发展趋势及对石化新材料的要求

31 未来“衣”的发展趋势及对石化新材料要求

环保、生态、智能化、数字化纺织是未来服装的主题,人们更注重穿着的舒适、个性的表达,以及绿色、低碳和功能化。未来穿着趋势是:穿着舒适美观、洗涤简便容易、信息随时沟通、医疗监视保健。服装行业的科技发展在今后若干年最主要的任务就是利用高新技术、信息技术改变和提升传统的服装功能,适应未来生活对服装的要求。

如可降解T恤衫,它们由有机可回收材料制成,在衣着舒服度上,它们与一般的棉质衣物并无差异,一旦接触到相应的细菌环境,便会被完全地分解掉。由玉米穗壳提取制成的新型“绿色纤维”,同样易于生物分解,大概3磅玉米穗壳就能制成一件T恤衫。

数字试衣体系可以使购物者只需按下按钮,就能知晓不同格式、不同色彩的衣服按本人体型试穿后的效果。此外,还有各种功能的智能化衣物等。

未来纺织面料的发展宗旨将始终围绕着人的健康、舒适以及对生态环境的保护而不断开发新产品。服装材料向高科技、功能化发展,纺织面料的竞争将成为新型纤维、环保染化料等的竞争。随着服装的休闲化、随意化和功能化,要求面料更轻柔、更吸湿透气,功能更广泛,各种功能性、防护性纺织品和服装将应运而生。

32 未来“食”的发展趋势及对石化新材料要求

未来饮食的主题是土食者、低碳餐、免刷碗,其趋势是更加便当、科学、健康、低碳、环保。土食者一般食用住所附近种植或收获的食物,旨在节约辗转千里运输蔬菜的矿物燃料,同时鼓励民众自己生产一些食物,同时消减长途运输给食物带来的污染。

低碳餐包括用太阳能等可再生能源加工食物。免刷碗,即可选择可食用的盘碗,也可选择轻松刷洗的纳米技术碗盘,只需在水龙头下简单一冲,便可重新恢复洁净,并且其光泽度像刚刚被打磨过一般。

未来“食”对石化产品的要求主要体现在功能化和简便化的包装材料。无毒、抗菌材料需求将日益增长,塑料包装将逐步取代玻璃制品;采用纸、铝箔、塑料薄膜等包装材料制造的复合柔性包装,将呈现出高档化和多功能化H1;应用石油玻璃产品将制造出新型包装原材料的辅助材料。

面对日益激烈的市场竞争,提高包装材料的性能和功能,打造具有个性化特征和市场卖点的包装,减少包装材料用量,降低包装成本等将成为企业在未来取胜的关键。

33 未来“住”的发展趋势及对石化新材料要求

未来人们在居住方面不仅要享受美好生活,同时要兼顾绿色、低碳、节能、环保。建筑使用太阳能、被动风能以及地源热能联合驱动空调系统。安置在屋顶上的风帽利用温压和风压将新鲜的空气源源不断地输入每个房间,并将室内空气排出,同时利用太阳能和水源给进人室内的新风降温除湿。

电力由建筑附件的太阳能发电板和生物能热电联产生,采用热电联产,可有效地把这部分热能利用起来。更值得一提的是,生物能热电联产将餐厅的食品废弃物和有机物质等我们平时生活中产生的生物垃圾混合,通过生物厌氧过程降解,产生电和热以实现生物能的释放。

住宅屋面具备雨水收集功能,雨水经在线汇集、过滤、粗分、净化、储存到雨水收集箱中,再分别输送到馆内的用水点,作为清洁、冲洗、浇灌用水。

与节能、节水、节地、节材的绿色建筑相关的石化材料主要是保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料。保温隔热材料在传统保温材料的基础上,将更注重环保和阻燃等综合性能的提耐。防水密封材料中性能优异的高分子嵌缝密封材料将得到快速发展,水密性、粘着性、耐久性和无污染性将得到进一步的提高。

装饰装修材料(主要是涂料)的发展重点主要有:具有高耐候性、高耐玷污性、高保色性和低毒性高性能的外墙涂料,低VOC(挥发性有机物)环保型和低毒型建筑涂料,防火、防腐、防碳化、保温等建筑功能涂料,水J生健康型高耐污瓷光壁内墙涂料等。

34 未来“行”的发展趋势及对石化新材料要求

未来汽车将实现新能源驱动、车联网技术和汽车无人驾驶这3大技术。车辆不再是孤立行驶,而将成为一个整体,汽车与交通设施之间、汽车与汽车之间都有无线信息连接;电力化、车联网和自动驾驶未来交通技术的实现,整合了城市交通设备、信息等各方面的资源,构建了城市智能交通系统。

汽车用材料的开发重点是结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料、阻燃材料以及材料的轻质化。如利用无机物、玻璃纤维增强改性树脂提高材料强度和耐热度;冬季防滑轮胎、超低滚动阻力轮胎;以各种弹性体为主的增韧材料;以纳米材料改性的高性能润滑油等。

4、结语

节能、舒适、环保是指引未来材料发展的主题,培育符合新时期发展要求的材料是我国石化工业实现跨越式发展的必由之路。国外大公司对新材料的研发大多是关注几个重点领域,如生物科技领域、新能源领域、纳米材料领域。

我国可结合自身产业特点和未来人们衣食住行对材料的要求,加大技术储备,培育关键产品生产技术,形成未来发展的核心竞争力。


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