在“双碳”目标背景下,传统化石资源利用逐渐由“燃料”向“材料”转变,化工新材料迎来的发展机遇。公开信息显示,中国石油于近日在江苏成立蓝海新材料(通州湾)有限责任公司,注册资本80亿元,经营范围包括石油制品制造、化工产品生产、合成材料制造、产业用纺织制成品销售、电气设备销售、机械设备租赁等。此外,中国石化也于近期成立中石化(广东)材料研究院有限公司,主要围绕新材料技术研发、新兴能源技术研发、工程和技术研究和试验发展、创业空间服务等展开经营。
企业的种种动作并非偶然。在业内看来,作为战略性新兴产业重要组成部分,化工新材料正迎来“风口”。
近年来,全球化工新材料产业发展整体步入高技术、产品迭代速度快、产业规模和需求不断扩大的阶段。从全球来看,美国、日本、欧洲等国家和地区的新材料发展较为。陶氏化学、埃克森美孚、巴斯夫、三菱化学等国际公司在核心技术、市场占有率等方面占据优势。新材料作为我国新兴战略性产业之一,在发展的要求下仍然有较大的提升空间。
陶氏化学、埃克森美孚、巴斯夫等国际大公司之所以能成为全球化工新材料行业的执牛耳者,关键在于出奇制胜的新材料业务策略,概括起来包括以下几个方面。
一是原料成本相对较低且进行全生命周期评价。陶氏化学、埃克森美孚充分发挥北美地区乙烷原料资源优势,降低乙烯等基础化工原料和下游新材料的生产成本;同时对新材料的原料来源、合成过程、加工设计、使用过程、废弃回收、循环利用等全生命周期进行评价,将绿色低碳技术融入其中,为客户提供的化工新材料可持续发展方案。
二是保持技术与全链条服务策略。陶氏化学、埃克森美孚、巴斯夫、三菱化学都能在自己的优势领域持续强化研发创新,形成具有国际竞争力的代表性技术,在全球保持地位。陶氏化学通过搭建聚烯烧业务包装大师网络、聚氨酯业务舒适科技实验室以及汽车用材料业务平台,与全球各地的科学家、品牌商、加工商、包装设计师密切协作,链接整个包装价值链,按客户需求提供从产品生产、加工应用到技术服务全链条的整体解决方案。
三是注重产品全系列化、品牌化。各大公司普遍重视开发性能、用途各异的新材料,形成丰富的差异化产品组合,打造产品品牌,不断拓展市场份额。巴斯夫将其400多个牌号的聚酰胺产品(尼龙)汇聚在Ultramid品牌旗下,可为用户提供全系列的尼龙树脂及其改性产品,成为全球尼龙产品的主要供应商。该公司致力于为用户量身定制系统解决方案或功能性材料,每年可向市场推出300款以上的新产品。
由于市场扩展快,节节攀升的市场需求使化工新材料产业具有较高的利润率,而相对于石油化工项目,化工新材料项目的装置投资规模要小得多,即进入的资金门槛低,因而大量企业争先恐后进入化工新材料基本产品领域,造成除少数产品外,大部分基本产品的生产集中度很低,企业相应的生产规模普遍较小,密集于低端市场,既难以形成规模 经济 ,又无法提高技术水平,也容易形成恶性竞争。由于许多企业纷纷准备进入,已经进入的企业准备扩大产能,以至于有机硅、环氧树脂等不少化工新材料产品已经存在短期内因盲目投资而出现产能过剩的危险。
(三)企业形成三个梯队的格局,各梯队之间差距较大
梯队,主要由为数不多的外资(包括台资)企业构成。其特点是,产业经验丰富、产业基础完整、装置普遍规模大、技术水平高、销售能力强、产品链较为匹配、战略清晰并运作规范,通常以较的基本产品和改性产品占据着高、中端市场,因而往往是市场,获得较为丰厚的利润。第二梯队,是以中国化工集团公司蓝星集团为代表的国有企业,也有少量中石化集团所属的中小型国有企业。其特点是,进入市场较早、积累起一定产业经验、产业基础完整、装置有一定规模、有较强的技术积累和人才储备、产品链较为完整、运作和管理规范但机制不灵活,多数产品进入中端市场,部分产品还处于低端,所获利润不够稳定,一些企业仍在一定程度上受到传统国有企业弊端的困扰。第三梯队,是数量众多的民营中小型化工企业。其基本特点是,产业基础较弱、装置规模不大、技术水平普遍不高、产品链不完整、经营灵活多变、对市场变化灵敏、行为短期化、进入市场快,少数规模较大、技术基础较强的企业处于基本产品低端市场,多数企业则分布于广泛的、分散的终端产品市场。这一梯队中一些企业投机性很强,利润高时快速进入市场,参与分享高额利润,利润低时立即退出;一些企业在地方政策保护下生存,利用资源或能源、忽视环保和质量、
当前世界新材料产业的发展方向主要集中于生物医用材料、新能源材料、航空航天材料、生态环境材料、纳米材料、超导材料等领域,在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和实力等方面起着越来越重要的作用。
为推动新材料产业的发展,相关政策更是密集发布。
2010年10月,发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,将包括新材料产业在内的七个产业领域列为战略性新兴产业,提出要以我国在纳米、超导、稀土等材料科学技术研究方面的优势为基础,以满足国家重大工程建设和产业结构升级为目标,巩固学科研究优势,大力发展新材料制备技术和装备,大力推进新型材料产业化,大力推进大宗材料规模化生产应用。
2012年12月,工业和信息化部出台《新材料产业“十二五”发展规划》,提出了六大领域、20个发展方向,从研发、产业化和市场应用等环节对每一个的发展途径、发展方向、主要产品、关键应用等进行了详细安排。
2015年5月8日,正式印发《中国制造2025》,新材料作为“中国制造2025”
规划锁定的领域之一,迎来更强劲的发展机遇。
办公厅今年2月18日发布的《关于加快众创空间发展服务实体经济转型升级的指导意见》提出,在制造业、现代服务业等产业领域强化企业、科研机构和高校的协同创新,加快建设一批众创空间。新材料作为该《意见》涵盖的产业之一赫然在列。
复合新材料使用的历史可以追溯到古代。沿用的稻草增强粘土和已使用上的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称。50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中,尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性,许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩,大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力,在国内思嘉新材料开发的复合新材料代表了国内的较高水平。除在军事领域,在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的兴趣和重视。
超导材料
有些材料当温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。
一般金属(例如:铜)的电阻率随温度的下降而逐渐减小,当温度接近于0K时,其电阻达到某一值。而1919年荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银,当温度下降到4.2K(即-269℃)时,发现水银的电阻完全消失,
超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度称为临界温度(TC)。超导材料研究的难题是突破“温度障碍”,即寻找高温超导材料。
能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。
太阳能电池材料是新能源材料,IBM公司研制的多层复合太阳能电池,转换率高达40%。
氢是、的理想能源,氢的利用关键是氢的储存与运输,美国能源部在全部氢能研究经费中,大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀,造成氢脆及其渗漏,在运输中也易爆炸,储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物,当需要时加热放氢,放完后又可以继续充氢的材料。储氢材料多为金属化合物。如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。
固体氧化物燃料电池的研究十分活跃,关键是电池材料,如固体电解质薄膜和电池阴极材料,还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。