盘点!这些新材料实现了国产替代

为贯彻落实国家创新驱动发展战略,鼓励国内化工企业技术创新,推动化工新材料下游应用,加快补齐产业链供应链短板,中国石油和化学工业联合会开展化工新材料年度创新产品评价工作。2023年,向全行业企业公开征集化工新材料创新产品,经形式审查、专家综合评价,最终评选出20个产品。

今天,我们就来盘点一下这些化工新材料创新产品,及其国产化历程。

甲基异戊基酮

甲基异戊基酮作为一种重要的精细化工中间体,具有良好的溶剂属性,以及低密度、低挥发速度、易生物降解等特性,在油漆涂料、数字印刷油墨、电子化学品、工艺溶剂等广泛领域有着重要应用。它也是中化国际高端橡胶防老剂产品的重要原料之一。

国产化历程

国内生产甲基异戊基酮合成技术长期受限,产品供应主要依赖进口。2020年3月,中化国际成立甲基异戊基酮研发项目组,确立了合成甲基异戊基酮工艺路线。经过3年研发,300多次条件探究试验以及2年工业化孵化试验,项目团队突破了新型催化剂研制、反应工艺流程优化、过程技术强化和复杂组分分离提纯四大技术壁垒,成功合成甲基异戊基酮。目前,中化国际铜陵聚合物添加剂工厂已产出甲基异戊基酮合格产品,市场反响良好。中化国际甲基异戊基酮创新项目产品工艺技术拥有自主知识产权。经上海市化工科学技术情报研究所查新,该工艺国际领先,有效填补了国内空白。

聚偏氟乙烯

聚偏氟乙烯(PVDF),具有优异的耐候性、耐腐蚀性、压电性、绝缘性,决定了它具有广泛适用性。锂电级PVDF更是新能源领域十分关键的材料,对新能源产业的高速发展和大规模推广意义重大,对于国家新能源战略的供应链安全更是有着重要的战略影响。

国产化历程

东岳集团万吨动力锂离子电池用PVDF项目一举打破国外垄断的同时,也补齐了我国新能源新材料短板,其产品更是涵盖所有主流产品牌号,实现锂电、光伏、涂料、水处理等产品各领域的全面覆盖,并成为宁德时代、比亚迪、中创新航等国内龙头新能源企业的主要供应商,将有效配套新能源汽车增长的旺盛需求,带动上下游产业链的绿色健康可持续发展。

聚硫醇

聚硫醇光学材料在各种应用中得到应用,包括光学涂层、镜头和波导等。与传统的光学材料相比,它们具有卓越的光学性能、优异的耐久性和化学耐性等优点。

国产化历程

作为决定镜片折射率的关键材料,聚硫醇长期被国外头部企业所垄断,国外企业几乎完全掌握了高折镜片材料市场的定价权。聚硫醇的国产化替代进程,在提升了我国新材料自主供给和保障能力的同时,对树脂镜片行业的发展具有重要意义。益丰新材作为一家聚焦于光学新材料产品研发、生产和销售的企业,现已开发出聚硫醇504、405两款1.60/1.67高折射率眼镜镜片单体材料,打破了国外对聚硫醇光学镜片材料的长期垄断,益丰新材的聚硫醇材料已连续3年入选《山东省重点新材料首批次应用示范指导目录》。

高性能聚丁烯-1

高性能聚丁烯-1是一种高端聚烯烃材料,具有优异的耐蠕变性、耐应力开裂性和冲击性能,被誉为“塑料中的黄金”,在诸多领域都有良好的应用。由高性能聚丁烯-1制备的管材综合性能优异,可在90~95摄氏度的较高温度下长期使用,耐腐蚀、不结垢,静音效果好,寿命可达50年以上。

国产化历程

由于国内缺乏同类均相本体烯烃聚合工艺技术,相关技术和产品壁垒未被打破,国内高性能聚丁烯-1技术和产品长期被国外封锁和垄断。北化院以满足国家需求为导向,充分发挥新材料领域大兵团作战优势,组建联合攻关团队。从2010年开始,在聚丁烯-1构效关系基础理论研究、高性能催化剂技术、均相本体烯烃聚合技术、聚丁烯-1高端产品、聚合物深度脱挥技术等方面,攻克多项科学技术难题,形成工艺包,并与镇海炼化、SEI(工程建设公司)、华东理工大学和青岛安工院联合攻关,共同推进完成高性能聚丁烯-1成套技术在镇海炼化的落地实施。

四元共聚聚乙烯薄膜专用料

四元共聚聚乙烯薄膜专用料是一种含有较多α-烯烃的线型低密度聚乙烯,由乙烯与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯共聚合成,密度低、结晶度小,除优异的抗冲击性、良好的柔性和弹性外,具有超高透明性,被命名为多元共聚新材料,广泛应用于汽车等交通工具内饰改性、特种密封、复合包装膜、低温冷冻包装、光伏胶膜等领域。

国产化历程

2023年7月,天津石化采用新型催化剂、新工艺和新的聚合操作,成功研发生产出四元共聚聚乙烯新产品PE-LF131-8,填补了国内空白,进一步提升了产品市场竞争力。

天津石化利用自主研发的气液法流化床聚乙烯工艺成套技术,在聚乙烯装置生产四元共聚聚乙烯产品,在国内尚属首家。研发过程中,天津石化和浙江大学合作,根据小试结果计算出工业操作参数,对产品指标透明性进行重点攻关,经过精心调整操作,最终实现稳定量产。与传统聚乙烯产品相比,四元共聚聚乙烯产品不仅具有高强度、高柔软性等,而且具有更高的透明性,吹膜雾度值大幅下降,胶膜透光率大幅度提高至85%以上,技术处于行业领跑水平。

V2级阻燃聚丙烯树脂

V2级阻燃聚丙烯树脂是一款通过在线阻燃改性工艺生产的功能性产品,赋予聚丙烯树脂不易燃烧的属性,主要应用在汽车内饰、电子电器、卫浴家具等领域,其制品具有较好的防火安全性能,能够满足下游客户需求。

国产化历程

阻燃聚丙烯传统生产方式是下游树脂改性企业对聚丙烯树脂进行二次加工改性,原料生产与阻燃剂添加相互独立,存在阻燃剂在聚丙烯基体中分散效果不佳、阻燃效率降低、产品综合性能衰减等问题。北化院科研团队自2021年起着手开展在线生产阻燃树脂研究工作,通过实验优化确定阻燃聚丙烯配方,凭借中国石化树脂生产平台的优势,将阻燃改性引入聚丙烯生产线,并解决了阻燃助剂与生产助剂匹配性、阻燃助剂包成型等问题,成功开发出V2级阻燃聚丙烯树脂。

TPVA-OBP™阻隔应用材料

TPVA-OBP™阻隔应用材料是一种高阻隔性热塑性聚乙烯醇树脂产品。与现有高氧气阻隔产品相比,TPVA-OBP™树脂产品价格优势明显,可直接热塑加工,满足吹膜、流延膜、多层共挤、吸塑等加工成型方面的应用要求,解决了现有PVA(聚乙烯醇)薄膜溶液流延方法生产效率低、能耗高、不能生产多层膜的问题,加工性能优异的同时能够降低阻隔包装材料成本。

国产化历程

上海石油化工研究院采用自主研发的连续热塑化工艺,克服PVA的热塑化及薄膜加工成型等困难,开发出具有独立知识产权的成套技术和新产品,其生产工艺路线为全球首创。上海院经过小试研究,确定技术路线和工艺参数,对产品关键指标进行重点攻关,通过与宁夏能化通力合作,最终实现TPVA-OBP™阻隔应用材料的稳定生产。TPVA-OBP™阻隔应用材料不仅具有力学性能好的优势,而且氧气透过率达0.94立方厘米/平方米·24小时·标准大气压,处于行业领先水平。2021年,宁夏能化采用上海院技术成功量产TPVA OBP™阻隔应用材料新产品并投放市场,填补了国内该领域空白。

高强聚丙烯长丝土工布专用树脂

土工布是一种以聚合物纤维为原料,通过热压、针刺或编织等工艺制成的透水性合成材料,在基础建设中起到加筋、防护和反滤等作用,能有效保护地基,加强其稳定性及耐开裂性,还可以有效防止水土流失,广泛应用在高铁、高速公路、机场、隧道、堤坝及“海绵城市”建设等领域。土工布的应用被誉为“岩土工程革命”。高强聚丙烯长丝土工布专用树脂具有更为优异的力学强度、耐生物、耐酸碱稳定性,服役寿命更长。

国产化历程

聚丙烯长丝土工布对原料质量要求高,长期依赖国外进口。北化院联合济南炼化、化销华北,瞄准客户进口料替代需求,充分发挥产销研用一体化优势,聚力攻关高强聚丙烯土工布专用树脂国产化替代难题。针对下游客户需求,产销研三方联合探讨开发方向、助剂配方和生产控制参数,针对催化剂组成与结构对树脂结构与性能的控制、生产装置全流程等方面展开全方位深入研究,成功开发适配的改进型DQS-01催化剂,并开发出适于不同土工布生产工艺的树脂新牌号YU28G和YU18D,产品具有优异的抗拉伸强度和韧性。

茂金属聚丙烯催化剂

采用茂金属催化剂制备的聚丙烯拥有独特的链结构,除了具备传统聚丙烯的优点,还兼具析出物含量低、气味低、透明性好、光泽度高、耐辐照性能好等特点,广泛应用在纤维、无纺布的生产制造,如口罩、过滤材料、医疗器械及包装、高端精密产品包装、汽车部件等领域。

国产化历程

茂金属聚丙烯催化剂及生产技术长期被国外公司掌握。北化院是国内最早从事茂金属聚丙烯催化剂和新产品开发的科研机构之一。2012年,北化院茂金属聚丙烯催化剂制备技术小试研究取得进展,采用独特的载体处理技术及负载、活化工艺,解决了负载催化剂稳定性等关键问题。2020年,该催化剂在连续釜式工艺聚丙烯中试装置上成功应用,聚合过程中无结块、堵塞问题,生产的聚丙烯颗粒均匀、不发黏、细粉含量低。2021年,该催化剂在青岛石化间歇本体聚丙烯生产装置上成功应用,验证了其具有良好的稳定性和杂质耐受性。2022年,该催化剂在扬子石化Hypol聚丙烯装置和中原石化环管聚丙烯装置上成功应用,用于生产均聚和无规共聚茂金属聚丙烯产品,并开发多个茂金属聚丙烯产品,实现了国产茂金属聚丙烯催化剂在连续聚丙烯装置上的首次工业化应用。同年,北化院催化剂制备技术取得中国石化专有技术认定。

机械手加强臂用碳纤维拉挤板环氧树脂

机械手加强臂用碳纤维拉挤板环氧树脂体系由改性环氧树脂及改性固化剂两部分组成。该体系与碳纤维通过拉挤成型得到工业机械臂用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料是实现机械臂轻量化最有效的途径之一,可大幅提高机器人运动的机动性和工作效率,提升操作速度和准确度,同时减轻运动惯性,提高机器人的本质安全水平,解决机器人机械臂灵活性差、工作效率低等问题。

国产化历程

2022年,湖南石化根据下游客户需求,成功研发机械手加强臂用碳纤维拉挤板环氧树脂体系。在研发过程中,研发团队突破提升环氧树脂体系韧性和控制复合材料直线度、平面性及刚性生产工艺等难点,研究环氧树脂体系的浸润性、活性、生产温度等因素,最终确定复合材料生产工艺。目前,该环氧树脂体系已申请两项发明专利,产品性能优异,工艺匹配性好。

官能化溶聚丁苯橡胶

官能化溶聚丁苯橡胶主要用于高性能轮胎的制备,通过在基体橡胶中引入官能化基团,可提高橡胶与增强填料白炭黑的亲和性,降低轮胎周期性形变中的能量损失,改善生热和滚动阻力。是制造兼具低滚动阻力、高抗湿滑性与良好耐磨性能轮胎(安全节能型轮胎)的关键材料。创新开发的官能化溶聚丁苯橡胶材料,自由游离末端少,与填料相互作用强,填料分散好,具有优异的综合性能。现已形成低成本、高质量、稳定的官能化SSBR工业生产成套技术,建成国内首套3万吨/年官能化溶聚丁苯橡胶工业装置。

国产化历程

高性能溶聚丁苯橡胶生产关键技术及新产品工业试验项目于2019年立项,中石油独石化公司项目团队瞄准官能化改性核心技术,在官能化试剂纯化、引发剂制备、产品合成和应用等方面进行了小试合成、中试放大以及工业化生产、下游企业应用的全链条攻关研究,突破了官能化试剂制备的工程化放大、聚合工艺过程的稳定控制等关键技术,成功实现了官能化溶聚丁苯橡胶的工业化生产,并形成了工业生产示范。作为国内首个自主研发的官能化溶聚丁苯橡胶工业化产品,该项目开发的新产品SSBR72612F完成了在下游轮胎企业的双B轮胎制造应用示范,并在国内知名轮胎企业形成批量使用,为新一代官能化合成橡胶产品的发展提供了成熟可靠的技术支持,对国内合成橡胶及轮胎产业链的全面升级具有重要意义。

高性能锂离子电池纳米涂层复合隔膜

锂离子电池隔膜具有大量曲折贯通的微孔,能够保证电解质离子自由通过形成充放电回路;而在电池过度充电或者温度升高时,隔膜通过闭孔功能将电池的正极和负极分开以防止其直接接触而短路,达到阻隔电流传导,防止电池过热甚至爆炸的作用。

江苏星源新材料科技有限公司牵头开展的“锂离子电池用高性能纳米涂层复合隔膜关键技术”项目,获2023年度中国石油和化学工业联合会技术发明奖一等奖。这款隔膜的涂层由纳米纤维和陶瓷结合,厚度仅有8微米,体积更小、破膜温度更高,提升了锂电池的安全系数和容量。该产品包含31项发明专利,年产能可达10亿平方米。

半导体级氢氧化钾

氢氧化钾是一种化学原料,常用于制造半导体微电子芯片的蚀刻液。通过浸泡硅片在氢氧化钾溶液中,可以让溶液中的钾离子攻击硅片表面上的氧化物层并将其去除。除了蚀刻液之外,氢氧化钾还可以用于半导体清洗。氢氧化钾清洗液能够快速、有效地去除硅片表面的污染物和氧化层,使其变得更加平整和光滑,提高了半导体产品的质量和稳定性。

国产化历程

华融化学是新希望集团旗下的化工板块。公司通过对工艺和设备同时进行创新,制得杂质含量更少、纯度更高的试剂级与电子级氢氧化钾。是国内首家自主开发电子级低钠氢氧化钾技术及成套装置的企业,公司产出的电子级低钠氢氧化钾产品,钠含量低于 50ppm,5000 吨/年的工业化生产装置已基本完成项目建设。目前公司产品可满足半导体、光伏太阳能电池和面板行业的湿电子化学品需求,代表客户包括东进世美肯、隆基股份等知名企业。

双氟磺酰亚胺锂

近年来,下游三元高镍电池增长趋势推动双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)需求增长。作为六氟磷酸锂的最佳替代品,六氟磷酸锂价格上涨为LiFSI带来市场机会。随着技术和成本问题突破,LiFSI需求升温,已吸引更多市场进入者,激励现有企业产能加速扩张。2022年我国LiFSI产能已经达到3.6万吨。预计2026年LiFSI市场产能突破37万吨。

国产化历程

在锂电池的商业化初期,部分电解液关键原材料,如新型锂盐LiFSI等,严重依赖日韩供应商。自2017年起,如鲲新材积极布局锂电池电解液新材料的研发,成功实现了包括LiODFB、LiFSI、LiBF4等新型锂盐和消费电池用功能性添加剂R005等的商业化生产,打破了高端电解液材料长期依赖进口的局面。

高选择性金属钨去除液

高选择性金属钨去除液的定制开发,是我国极大规模集成电路制造技术及成套工艺项目(“国家02专项”)子课题。极大规模集成电路制造装备是指用于生产极大规模集成电路(VLSI)的各种设备和工具。VLSI是一种在微小的芯片上集成了数以千计甚至上亿个晶体管的技术。目前,全球范围内有许多国家和企业致力于极大规模集成电路制造装备的研究与开发。例如,日本、美国和韩国等国家在这一领域处于领先地位,并持续投入巨额资金进行相关研究。同时,一些知名企业如台积电、英特尔等也加大了对极大规模集成电路制造装备的投入。

国产化历程

兴福电子成立于2008年,由兴发集团持股79.86%。2019年,兴福电子承担极大规模集成电路制造技术及成套工艺项目(“国家02专项”)子课题——高选择性金属钨去除液的定制开发。项目已完成高选择性金属钨去除液产品的开发和验证,技术指标满足国产存储器芯片的制造要求。

CBDO

2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(简称:CBDO)是重要的聚酯合成原料,其合成的聚酯材料既能保持共聚酯优点,同时还能提高产物的玻璃化转变温度。以CBDO为原料的聚酯是PC的理想替代品。聚碳酸酯(PC) 是目前五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料,具高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广等特点被广泛应用。而以CBDO为原料的新型聚酯将在瓶片、高档膜、片材、模塑制品、涂料等领域取代现有产品。

国产化历程

2021年(十四五)国家重点研发计划重点专项陆续进入立项公示阶段。。亚科股份参与的“先进结构与复合材料”重点专项“低成本高性能生物基聚酯和聚碳酸酯的制备与产业化”项目获批立项。苏州亚科科技股份有限公司在该项目中主要参与“低成本CBDO及高Tg高抗冲击透明聚酯产业化示范与应用”这一子课题。

该项目面向制造强国的国家重大需求,聚焦生物基高分子材料成本高和高性能工程塑料牌号少的问题,集中开发低成本生物基呋喃二甲酸、异山梨糖醇的制备技术;开发1,4-环己烷二甲醇和2,2,4,4-四甲基环丁二醇的国产化制备技术,基于生物基单体和新型单体开发多种生物基聚酯和聚碳酸酯,实现从单体、聚合物到后端应用全链条研究。

间二丙烯基苯

间二丙烯基苯(1,3-二异丙烯基)是工业领域重要的交联剂,在制备高性能超分子聚合物方面表现优异。主要应用于特种橡胶制备,多种高分子材料改性,以及水溶性涂料高分子组分的合成等领域。多年来,我国水溶性涂料产品市场需求旺盛,但部分高端产品为国外垄断,其中重要原因就是国内没有掌握原料间二丙烯基苯的生产技术,也没有产业化装置。

国产化历程

2023年2月,江苏常青树新材料科技股份有限公司传出喜讯,该公司自主创新研发的间二丙烯基苯(1,3-二异丙烯基)国产化技术成功突破,标志着我国高端精细化学品领域又一关键“卡脖子”技术打破国外垄断。

10000吨/年间二丙烯基苯(1,3-二异丙烯基)装置的顺利投产,有效连接了我国高性能特种分子聚合物产业链“断点”,疏通了产业链“堵点”,填补了国内高端交联剂领域空白,必将整体提升我国高性能特种分子聚合物的研发水平,对多领域的新材料产业产生深远影响。


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