簡述化工新材料與未來世界共舞論文

　　“化工新材料發展不夠好是我國石化行業大而不強的原因之一。去年的中央經濟工作會議提出了我國經濟新常態的九大特征，其中好幾條都與化工新材料緊密相聯。那么，新常態下化工新材料的發展機遇在哪里?我想就在3D打印、半導體、節能環保等行業的發展中，在人口老齡化等問題的解決中。”在1月28日由工信部原材料司組織的新常態下化工新材料發展座談會上，工信部原材料司副司氏潘愛華表示。

　　3D打印、半導體、節能環保等行業的發展以及人口老齡化問題的解決都離不開化工新材料的支撐，化工新材料將以成就他們的方式與世界共舞。業界專家就這些領域化工新材料的發展機遇進行了探討。

　　3D打印材料最賺錢

　　3D打印是通過CAD設計模型，采用離散材料(液體、粉末、絲、塊等)逐層堆積原理制造三維實體材料的技術。與傳統的車銑刨鉆等減式制造技術和鑄造、鍛壓等成形工藝不同，3D打印是自下而上的原料累加制造成形工藝，也被稱作材料累加制造、快速原型、分層制造、實體自由制造等。中科院化學所研究員徐堅指出:“當人們都在關注3D打印的機器是如何工作，3D打印究竟能做出什么的時候，卻忽視了3D打印未來最賺錢的部分之一:材料。”

　　3D打印材料是3D打印技術發展的重要基礎。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料。此外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到應用。業界認為，工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料，常見的有ABS類材料、PC類材料、尼龍類材料等。國際市場分析機構Sm arTech去年發布的《3D打印市場中的塑料:十年機會預測》報告稱，目前，全球3D打印用塑料銷儒額己達到3.1億美元，預計2019年將增至14億美元。隨著消費市場和專業用戶群的快速增氏3D打印用塑料材料有望獲得高利潤。

　　徐堅研究員表示，3D打印的突出特點是即設計一即打印一即成型一即驗證，對工業設計而言，將會極大地縮短前期設計時間，在未來工業設計為先導的工業信息化過程中會成為一項顛覆性技術，這是3D打印或者增材制造技術的核心內涵和重要性所在，而不是30年前即存在的玩具或者藝術品打印技術。目前，3D打印主要的成型方法有熔融沉積造型(3 D M)、立體光刻(SLA)、三維印刷(3D P)、選擇性激光燒結(SLS)等，西安交大盧秉恒院士、清華顏永年教授、北航王華明教授、華中科大史玉升教授、西北工大黃衛東教授等都在進行相關研究，他們的研究主要采用基于金屬粉末的選擇性激光燒結(SLS)法。

　　他提出，3D打印對高分子化學和物理提出了新的挑戰。高分子材料的特點是隨著相對分子質量的增加，機械性能不斷提升，目前聽須開發聚醋類、聚烯烴類超高相對分子質量聚合物材料的高效合成方法，以及獲取在激光加熱狀態下超高相對分子質量聚合物的鏈纏結和高強度。同時，3D打印對高分子材料加工來說也是一個新的機遇。因為在傳統加工技術中，高相對分子質量往往導致高成型加工難度，需引入助劑來提高加工性能，但加工助劑的引入會導致制品拉仲強度、硬度、電絕緣性下降，影響熱穩定性和阻燃性。而且，一種助劑的加入，需要另添加一種或多種助劑來平衡補償，配方復雜，工藝繁瑣，成本高。利用3D打印對超高相對分子質量聚合物粉體在其高彈態下進行加工成型，是高性能高分子材料加工的新機遇，勢必帶來高分子學科發展的新突破。

　　目前國內3D打印企業追求轟動效應多，踏踏實實研發少;追求整體系統集成多，關注材料的少;追求表觀模型的多，關注3D實質的少;追求表面形式的多，關注知識產權的少;人石亦石多，原始創新少，戰略布局少。針對這些問題，徐堅研究員率領中科院團隊近200名人員，高效協同，歷經4個月艱苦研發，攻克了超高相對分子質量聚合物微球、500℃以下激光高精度控溫等一系列關鍵技術，己于2014年4月30日向國家知識產權局專利局提交了57項關于3D打印用高分子材料制備及應用的發明專利申請，成為目前在高分子材料增材制造方向上申報的最大專利池。

　　目前，中科院化學所正跟相關單位合作，力爭今年初步建成超高相對分子質量聚合物3D打印精細加工成型示范線，進一步形成超高相對分子質量聚合物3D打印專用材料、方法與裝備，為高性能高分子及無機一高分子復合材料的3D制造探索可行途徑，希望率先在工業預設計、醫學等2 ~3個方向上形成突破。

　　中國石油化工集團公司正在謀求從石油+化工向能源+材料的戰略轉變，發展3D打印材料正是中石化布局新材料版圖的重要一環。該公司科技部合成材料處處氏莊毅表示，中石化于去年開始部署3D打印戰略，目前有7 ~8組人員正圍繞3D打印材料、加工方式、應用領域等開展相關研究。

　　據了解，3D打印材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區別，形狀包括粉末狀、絲狀、片狀和液體狀等。根據打印設備的類型及操作條件不同，所用的粉末狀3D打印材料的粒徑在1 ~100um，為保證粉末有良好的流動性，一般要求粉末具有高球形度。

　　半導體產業高純材料緊缺

　　巨化股份浙江博瑞電子科技有限公司總經理陳剛表示，電子化學材料是大規模/超大規模集成電路、分立器件、平板顯示器、工.ED、太陽能電池等半導體產業制造過程中不可或缺的關鍵性化工材料。對國家而言，電子化學材料是信息化產業發展的重要基礎支撐產業，是兩化融合的重要體現。但是，國內電子化學材料的品質與國際先進水平有差距，核心技術缺乏，進口依存度高，給國家帶來極大的信息安全隱患。

　　我國電子化學材料產業發展的困境主要表現在幾個方面，一是技術嚴重滯后于微電子、光電產業的發展，產品單一、規模小，無法形成系列產品的解決方案，高端市場自給率不足10%;二是半導體行業材料供應商準入門檻極高，設備投入大、管理要求高、產品導入期L<，國內企業提升技術的積極性不高;三是國內企業一有技術突破，國外材料商就下調價格，因價格差距不大，國內半導體企業導入國內產品的積極性不高;四是國內半導體企業多為代工企業，國外半導體企業直接指定上游供應材料企業，國內代工企業沒有自主更換材料的話語權。

　　陳剛認為，半導體產業所用的電子化學材料分為電子氣體和電子化學品兩大類，先進制造過程對所使用的電子化學材料提出了更高的要求，電子化學材料產業和技術應滿足集成電路發展要求，爭取彎道超車。其中，電子氣體的發展方向是深度純化，純度由5N向7N .9N發展;電子化學品的方向則是深度提純，純度由ppm級提高到ppb級，正在向ppt級發展。

　　光刻膠可以用于微電子加工的多個工序中，但大多為國外公司掌握。目前，中科院化學所副所氏楊國強團隊開發的超高精細光刻膠己經取得突破，完成了實驗室性能檢測設備和光刻膠主體材料的研發，下一步將進行放量生產。

　　徐堅還提出，應加大后3代半導體材料、智能工業用材料、高溫超導材料、移動電子信息用材料、激光顯示技術用材料等的開發。

　　潘愛華指出，大力發展電子化學品和3D打印材料，是石化化工行業推進產業間兩化深度融合的著力點。節能環保萬億元市場待分享潘愛華表示，石化行業是高能耗、高排放產業，同時也是生產節能環保產品最多的行業。我國“大氣十條”的發布，能夠帶動2萬億元的需求，這里面化工材料所占比例一定不低。

　　清華大學膜材料與工程北京市重點實驗室主任王曉琳認為，節能減排將是化工適應新常態的重要舉措。他說，一個銷儒額在1億元左右的石化企業，如果存在高濃廢水未經深度處理回用而排放，那么從廢水、廢氣中排出的資源價值可能在500萬元以上。有句老話叫“天無棄物”，絕大多數的廢水、廢氣都可以實現資源化利用，而這需要各種化工新材料的支持。遺憾的是，在節能減排領域，化工新材料的發展現狀尚不盡如人意。

　　他以膜材料舉例。近年來，膜產業產值每年以30%的速度增加，但大多數產品仍屬于中低端，難以進入高端。國外企業非常樂意看到中國推動節能減排，因為他們儲備了很多先進技術。他強調，作為一種重要的化工新材料，膜材料在節能減排中機遇很多，下一步的方向就是在廢水處理、廢物資源化利用方面發揮更大作用，滿足行業重大需求，促進化工行業適應新常態發展。

　　據了解，近年來國內也有不少很好的膜產品問世。譬如，清華大學自主研發的熱致相分離法聚偏氟乙烯中空纖維膜，通過產學研合作成功開發出壓力式、浸沒式及膜生物反應器等三大系列超濾膜組件(賽諾膜)。北京賽諾膜技術有限公司以清華大學熱致相分離技術為核心，進行高性能膜產品開發、制造及服務。截至目前，該公司己實施項目超過100多個，超濾系統處理水量每天達100萬噸以上，膜產品在鋼鐵、電力、石化、煤化工等工業領域，以及海水淡化、市政等領域得到了廣泛應用，并出口到美國、日本、韓國、澳大利亞等發達國家。

　　人口老齡化蘊含大機遇

　　民政部老齡科學研究中心副主任黨俊武表示，2014年我國老齡人口在2.12億，2053年將達到4.83億，占總人口的34.9%，其中失能人口在1億左右。2011年，我國老年人衛生費用在9000億元，占全國衛生總費用的40%。隨著我國人口老齡化加劇，老年人用品的市場需求日益多樣化。而原材料工業是滿足人口老齡化需求的基礎支撐。

　　潘愛華指出:“人口老齡化是我國不可回避的現實，也是必經階段，但對制造業來說卻是一種機遇。目前，我國專用于老人的產品不足2000種，而日本有4萬多種，日本、法國等己經看到了這里面的機遇。在產能過剩的背景下，多生產能為老年人服務的材料是一個轉型的方向，目前我國進入該領域的企業還相對較少，化工材料企業可以往這個方向努力。”

　　據了解，隨著人口增氏和人口老化比例的升高，塑料醫療器材的需求持續擴大，從藥品及藥劑的包裝品，到針管、軟管、手術器械等一次性醫療器材中都能看到塑料器械的存在，尤其是置入人體的器材。在老年人用品中，一些關鍵性材料我國尚不能自主生產。徐堅認為，應加速生物醫用材料等的研發速度。

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