加快推進(jìn)化工新材料領(lǐng)域“四化”轉(zhuǎn)變

張師軍

在化工材料領(lǐng)域，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革通常的驅(qū)動(dòng)因素為市場對(duì)化工新材料“四化”的轉(zhuǎn)變要求，即材料通過高性能化、綠色化、功能化、智能化發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨瞬牧?。在“四化”轉(zhuǎn)變進(jìn)程中，化工新材料發(fā)展的新動(dòng)力、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式應(yīng)運(yùn)而生

在人類社會(huì)生活中，材料起著重要作用，人類的發(fā)展史也是一部材料的發(fā)展史。

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)材料的高性能、綠色化、多功能、智能化提出越來越高的要求，特別是在“雙碳”目標(biāo)下，對(duì)社會(huì)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)的變化提出挑戰(zhàn)，對(duì)材料的節(jié)能低碳提出越來越嚴(yán)格的要求?；ば虏牧贤ǔＶ赶冗M(jìn)高分子材料及其復(fù)合材料，以及化工產(chǎn)業(yè)的催化材料，包括工程塑料、高端聚烯烴樹脂、高性能纖維及其復(fù)合材料，石墨烯/碳納米管及其復(fù)合材料，生物降解高分子材料，3D打印高分子材料，無機(jī)晶須及其復(fù)合材料?；ば虏牧蠎?yīng)用范圍廣，在汽車、家電、國防軍工、航空航天、電子器件、化工環(huán)保、冶金、機(jī)械、交通、體育器材、建筑、包裝、醫(yī)療衛(wèi)生、大健康、食品、運(yùn)輸、辦公器材、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有十分重要的應(yīng)用。

在化工材料領(lǐng)域，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革通常的驅(qū)動(dòng)因素為市場對(duì)化工新材料“四化”的轉(zhuǎn)變要求，即材料通過高性能化、綠色化、功能化、智能化發(fā)展轉(zhuǎn)變成為高端材料，在對(duì)材料“四化”的需求下，化工新材料發(fā)展的新動(dòng)力、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式應(yīng)運(yùn)而生。

大力創(chuàng)新發(fā)展新能源材料

新能源技術(shù)的發(fā)展模式兼顧高效和綠色，而新能源材料，即正在發(fā)展的、可能支持建立新能源系統(tǒng)滿足各種新能源及節(jié)能技術(shù)特殊要求的材料，也需符合高性能化、綠色化的發(fā)展趨勢(shì)。在化工新材料領(lǐng)域，大力創(chuàng)新發(fā)展新能源材料包括但不限于：鋰電池材料、氫能源相關(guān)材料、燃料電池材料、太陽能電池材料，以及風(fēng)能、地?zé)帷⒋帕黧w發(fā)電技術(shù)所需的材料。

在鋰電材料領(lǐng)域，隔膜作為其關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，通常以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烴材料為主；作為石化化工材料主業(yè)之一，需持續(xù)加大從原材料-加工技術(shù)-應(yīng)用端的全產(chǎn)業(yè)鏈攻關(guān)力度，打破技術(shù)壁壘，提升產(chǎn)品質(zhì)量（高端化）與自主化程度；針對(duì)電池軟包材料，做好鋁塑軟包膜及其加工工藝的開發(fā)創(chuàng)新，推動(dòng)軟包膜自主化高端化進(jìn)程；做好新型高效電解質(zhì)，特別是固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)工作，進(jìn)一步提升鋰離子電池的安全性、高效性及耐久性；利用在碳納米管、石墨烯等碳材料的研究基礎(chǔ)來開發(fā)制備性能優(yōu)異的鋰電池電極材料。

氫能源相關(guān)材料主要包括制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫及用氫等領(lǐng)域。在儲(chǔ)氫領(lǐng)域，碳質(zhì)儲(chǔ)氫材料如高比表面積活性炭（AC）、石墨納米纖維（GNF）、碳納米管（CNT）等，具備安全性及儲(chǔ)存效率高等優(yōu)點(diǎn)，仍需推進(jìn)創(chuàng)新攻關(guān)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；儲(chǔ)氫瓶領(lǐng)域，更要做好Ⅳ氫瓶用復(fù)合材料，包括內(nèi)膽材料及纖維增強(qiáng)包裹材料及其相關(guān)加工工藝的創(chuàng)新開發(fā)，特別是做好內(nèi)膽、增強(qiáng)層及其復(fù)合加工新型技術(shù)的開拓；汽車用儲(chǔ)氫瓶的內(nèi)膽通常采用聚乙烯或聚酰胺制備，儲(chǔ)氫瓶外層纏繞的碳纖維，中國石化已經(jīng)有大絲束碳纖維生產(chǎn)，可以開發(fā)高性能的專用牌號(hào)。

隨著氫能汽車的發(fā)展，燃料電池特別是車用燃料電池，因其將氫燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了綠色、高效發(fā)電，在雙碳政策下前景較好。車用燃料電池的關(guān)鍵部件（材料）質(zhì)子交換膜（離子交換聚合物），通常為全氟磺酸膜及聚四氟乙烯膜等，其性能優(yōu)劣直接決定了電池性能與使用壽命。為實(shí)現(xiàn)氫燃料電池的高效、穩(wěn)定及自主化發(fā)展，要持續(xù)加大該類材料及成膜加工技術(shù)的攻關(guān)力度。

光伏領(lǐng)域，要積極響應(yīng)分布式光伏發(fā)電站的建設(shè)計(jì)劃，攻關(guān)光伏膠膜關(guān)鍵材料EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）、POE（聚烯烴彈性體），發(fā)展從單體-聚合-加工-應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國企業(yè)已能夠生產(chǎn)光伏用EVA；中國石化POE中試試生產(chǎn)已成功，2024年可以工業(yè)化生產(chǎn)，我們將從催化劑、工藝配方等方面開發(fā)光伏用POE專用牌號(hào)，以滿足光伏用POE的持續(xù)升級(jí)要求。提升產(chǎn)品自主化、規(guī)?；案叨嘶潭龋惨瑫r(shí)兼顧全產(chǎn)業(yè)鏈的綠色生產(chǎn)和低廢發(fā)展，為綠水青山貢獻(xiàn)石化力量。對(duì)于鈣鈦礦太陽能電池，應(yīng)注重攻關(guān)綠色鈣鈦礦電池的研究應(yīng)用，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的高效化及產(chǎn)業(yè)化，推進(jìn)“產(chǎn)-學(xué)-研-用”一體化進(jìn)程。

其他形式的新能源支撐材料，如風(fēng)能領(lǐng)域，要持續(xù)優(yōu)化升級(jí)風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)鏈布局，引導(dǎo)其向高性能化、綠色化發(fā)展。如高性能化方面：加大纖維增強(qiáng)尤其是碳纖維增強(qiáng)材料在風(fēng)能葉片領(lǐng)域的研究與應(yīng)用性探索、研發(fā)新型可替代傳統(tǒng)熱固性材料的風(fēng)電葉片基體樹脂；“綠色化”的實(shí)施進(jìn)程可包括：推動(dòng)風(fēng)電葉片材料的綠色循環(huán)與回收利用，建立完善的應(yīng)用-回收技術(shù)體系路線，通過風(fēng)電葉片上下游全產(chǎn)業(yè)鏈共同努力，助力風(fēng)電葉片輕量化、高性能化、綠色可持續(xù)化發(fā)展，為我國可再生能源高質(zhì)量發(fā)展添磚加瓦。

發(fā)展化工新材料的其他途徑和方向

改變材料結(jié)構(gòu)尤其是凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)材料高性能化的另一途徑，從加工技術(shù)出發(fā)，大力發(fā)展先進(jìn)加工技術(shù)；與從材料自身結(jié)構(gòu)出發(fā)（聚合角度）相比，先進(jìn)加工技術(shù)為平臺(tái)型發(fā)展模式，可應(yīng)用于某類或某幾類結(jié)構(gòu)相似的化工新材料的高性能化進(jìn)程。如固相加工、取向加工技術(shù)、連續(xù)纖維增強(qiáng)成套技術(shù)、微孔成型發(fā)泡技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，均可實(shí)現(xiàn)多種類化工新材料（如聚烯烴、工程塑料及可降解材料等）高性能化、輕質(zhì)化的發(fā)展需求。

碳纖維在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用。張師軍 供圖

在實(shí)現(xiàn)化工新材料綠色化方面，要同時(shí)處理好“可降解”與“可回收”材料的協(xié)同利用與高效發(fā)展；以應(yīng)用領(lǐng)域特性劃分，用好“降解”料與“回收”料。例如，在一次性塑料的應(yīng)用場景中，加快推動(dòng)可降解材料在農(nóng)用地膜、外賣餐飲、快遞物流等新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，利用石油石化企業(yè)自身優(yōu)勢(shì)，做好可降解材料在油田領(lǐng)域應(yīng)用的示范。針對(duì)新興可降解材料，如聚乙醇酸（PGA）等材料，加大科技創(chuàng)新研發(fā)力度，著力聚焦“共聚改性”技術(shù)及先進(jìn)加工應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步拓寬可降解材料的應(yīng)用領(lǐng)域與市場需求；在此基礎(chǔ)上，要持續(xù)推進(jìn)降解標(biāo)準(zhǔn)的制定與規(guī)?；到庋b置的建設(shè)，完成可降解材料全產(chǎn)業(yè)鏈“落地”。在家電制造、風(fēng)電葉片、汽車等領(lǐng)域，要重點(diǎn)進(jìn)行廢舊高分子材料資源化利用的技術(shù)布局，注重從物理、化學(xué)兩種不同技術(shù)路線完成廢舊高分子材料的回收及增值再生；物理回收角度需應(yīng)對(duì)實(shí)際需求，解決回收料品質(zhì)不穩(wěn)定、降級(jí)使用等技術(shù)壁壘，持續(xù)開發(fā)高附加值回收回用技術(shù)，如高耐候、可回收材料及其成套技術(shù)，多相多組分相容劑及其增容改性技術(shù)，并利用先進(jìn)加工技術(shù)對(duì)熱固性塑料及交聯(lián)橡膠進(jìn)行解交聯(lián)、再利用；化學(xué)回收方面，可利用石油石化產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，將廢舊高分子材料逐步轉(zhuǎn)為石化產(chǎn)品或作為高分子材料的單體原料，如聚焦廢舊塑料催化裂解制備低碳烯烴及利用廢舊塑料制備廢塑料油，進(jìn)而完成加氫及裂解工藝等新技術(shù)新領(lǐng)域的開發(fā)創(chuàng)新。此外，在整個(gè)回收流程中要關(guān)注過程環(huán)保，并保證回收過程的可追溯性及回收全流程、再生產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化，支持綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。

在化工新材料功能化領(lǐng)域，要持續(xù)聚焦應(yīng)用端需求變化，對(duì)材料賦予相應(yīng)的功能性。例如，面對(duì)國家戰(zhàn)略科技力量發(fā)展，做好“空、天、陸、海、潛”用相關(guān)材料的全產(chǎn)業(yè)鏈研究發(fā)展，如著重推進(jìn)特種工程塑料、特種橡膠及高性能碳纖維及其復(fù)合材料全產(chǎn)業(yè)自主化進(jìn)程；針對(duì)后疫情時(shí)代，抓好抗菌性、抗病毒性化工新材料的研發(fā)工作；面對(duì)汽車工業(yè)的電動(dòng)革命及更多智能家電的日益涌現(xiàn)，對(duì)如新能源車用、家電材料、織物、建筑保溫用材料的阻燃功能性開發(fā)。

在智能化方面，要針對(duì)智能制造需求，持續(xù)推進(jìn)好記憶材料、自修復(fù)材料、智能凝膠、仿生材料的研發(fā)工作，針對(duì)上述領(lǐng)域的前瞻技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)孵化，讓更多智能材料走出象牙塔，孵化于祖國大地，服務(wù)于人民生活。

給石化企業(yè)的幾點(diǎn)建議

一是加大基礎(chǔ)科學(xué)研究力度，研究催化劑聚合裝置、聚合工藝條件的影響，得到對(duì)分子鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控和剪裁的技術(shù)手段，研究化學(xué)組成鏈段結(jié)構(gòu)對(duì)材料宏觀性能影響。

二是深入研究材料模擬計(jì)算模型的建立及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面的工作，以盡量縮短化工新材料研究開發(fā)的周期，降低開發(fā)成本。

三是重視材料加工技術(shù)方面的研究，好料制成好材，好材制成好器物，好器物更好用。例如，中國石化聚丙烯固相拉伸取向技術(shù)可以制備出性能優(yōu)異的材料，可以用于制作結(jié)構(gòu)部件，聚丙烯的微孔材料使物品減重，并且其他性能劣化不大，減少聚丙烯的使用量，雙向拉伸聚乙烯改變了過去傳統(tǒng)的聚乙烯吹膜和流延膜的不少缺點(diǎn)，在更廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用，可以用于重復(fù)回收使用減排減重節(jié)能，宜用于塑料的單一單包裝，對(duì)環(huán)境極為友好。

四是在決策一種化工新材料是否開發(fā)時(shí)，一定要在它的整個(gè)生命周期內(nèi)評(píng)價(jià)其優(yōu)劣，具體包括原料來源、聚合過程、加工過程、使用過程、廢棄過程、回收過程、循環(huán)過程，是否可以進(jìn)行物理循環(huán)或化學(xué)循環(huán)等，以評(píng)價(jià)材料整個(gè)周期的性能表現(xiàn)、資源能耗污染等社會(huì)關(guān)心的問題，不能僅從某一個(gè)階段來決策這個(gè)材料是否進(jìn)行研究開發(fā)。

五是促進(jìn)化工新材料升級(jí)換代。有的化工材料是20年前開發(fā)定型的，有的甚至更久遠(yuǎn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求升級(jí)，其性能和加工技術(shù)都要有更新。例如，碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的應(yīng)用，過去通常是熱固型樹脂通過拉擠成型制備用于風(fēng)電葉片等一些結(jié)構(gòu)件的龍骨等?，F(xiàn)在，國際上非常重視開發(fā)熱塑性塑料拉擠成型碳纖維復(fù)合材料用于風(fēng)電的結(jié)構(gòu)件等。中國石化有這方面的優(yōu)勢(shì)，可以加強(qiáng)開發(fā)研究應(yīng)用，完善碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。

六是要重視合成樹脂循環(huán)利用。在重視合成樹脂新產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈的合成樹脂回收利用，這符合國際的潮流和社會(huì)的關(guān)心。例如，聚丙烯、聚乙烯等樹脂的物理回收和化學(xué)循環(huán)，特別是聚酰胺和PET的化學(xué)回用，這兩種聚合物可以直接制備成單體用于再次聚合為樹脂，可以進(jìn)行徹底的資源循環(huán)利用。要更重視非糧食基的生物基原料生產(chǎn)的可降解塑料（如PGA等）及生物基的合成樹脂開發(fā)與應(yīng)用（如長碳鏈尼龍等）。

七是加大材料應(yīng)用技術(shù)的研究力度。材料的基礎(chǔ)原理研究很重要，但應(yīng)用技術(shù)研究也十分重要，市場是化工新材料是否成功的試金石，一種材料是否能成功，不僅取決于它的性能是否優(yōu)異，而且要得到市場的應(yīng)用及認(rèn)可，不被市場認(rèn)可的材料不算是一種成功的新材料。

八是許多材料的創(chuàng)新過程，實(shí)際上是協(xié)同合作的過程。有時(shí)是下游應(yīng)用領(lǐng)域提出了一個(gè)全新的性能需求，要求進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，企業(yè)可以去開發(fā)一種化工新材料；有時(shí)是企業(yè)創(chuàng)新開發(fā)出一種全新的化工新材料，要在下游市場找合適的應(yīng)用場景。因此，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的分工十分重要、合作協(xié)同更重要。