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有機硅下游產品研究方向

有機硅相對于傳統材料來講，無異是一場革命，中國的有機硅產業太需要發展，而有機硅產業的延伸又事關中國經濟諸多領域的未來與前景。為此我們認為有機硅下游產品的研究方向應緊扣世界有機硅產品技術發展趨勢和市場需求這兩個重要方面，還應具有一定科學技術價值和特色以及創新點同時應該有明確的目標。

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科學技術價值方面

項目研究的科學技術總體價值在于：快速提升我國有機硅行業中高新技術開發和產業化技術能力，并能在我國經濟建設相關領域得到應用，形成有機硅產業群和專利群。

有機硅具有深度產品開發價值。隨著國內有機硅單體生產規模的擴大和生產技術水平的提高，有機硅單體供應緊張狀況已得到緩解，有機硅行業將徹底擺脫制約下游發展和延伸的單體、中間體問題，下游產品及深度加工產品如硅橡膠、硅樹脂、有機硅涂料、特種硅材料等將會進入快速發展時期。可以預見，開發和銷售有機硅下游產品具有更高利潤和更高附加值的高端產品將成為有機硅單體后又一市場競爭的焦點。而由于目前這一市場幾乎完全依賴進口產品，因此高端產品必將成為國內具有雄厚研發實力的有機硅生產廠商今后幾年乃至更長時期新的利潤來源，代替部分或全部進口產品將是有機硅產業延伸發展的必然趨勢。為此，項目提出的關鍵科學技術的價值取向是對有機硅產業的規模發展帶動新材料產業鏈上的核心技術，并且從可持續發展角度對當前和未來的技術進行布局。

有機硅材料對產業發展和城市建設具有積極的應用示范推廣價值。有機硅的應用將涉及到整個科技發展規劃的相關主題：即在健康中國中有機硅在生命科學領域有著廣泛的應用；在生態中國中有機硅在保護環境及現代農業發展中有不可替代的作用；在精品中國中有機硅的引入將提升我國汽車、建材等行業的國際競爭力；在數字中國中有機硅將有效支撐了電子顯示屏等國家支柱性產業，推動中國數字信息科技的發展，

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項目特色面

以多品種開發為代表的產業化特色。項目所研究的關鍵技術的突破主要表現在產業化方面，通過產業研究，將有效支撐有機硅產品在國內及國際市場上的競爭力，實現規模經濟生產，實現有機硅下游產品開發、相關材料制備研究、材料性能研究，爭取多出產品。

以適用性開發為表的工程化特色。面對中國的城市群發展需求，一方面進行工程應用材料研究——阻燃、安全、環保有機硅改性材料集成應用能力的提高；另一方面進行材料環境條件研究，尋找更多的應用空間。

以集成創新開發為代表的系統化特色。按不同應用領域（汽車、電子、建筑等）進行有機硅系統集成開發研究，使得有機硅材料科學技術突破直接推動中國有機硅產業進程及其產業鏈形成，提升中國有機硅集成應用技術的能力。

以瓶頸突破為代表的核心技術特色。項目將研究與發展的高新技術是密切圍繞制約有機硅產業發展的瓶頸性問題。這些問題的解決對推進我國有機硅及其延伸產業的發展具有關鍵性、突破性和標志性作用。形成具有實用價值的成果群和專利群。

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主要創新點

應用創新：項目將十分關注面向工程應用方面的材料——阻燃、安全、環保新型有機硅改性材料集成應用能力的提高。

產業創新：產業化水平的提高和產業規模擴大是產業創新的關鍵，主要體現在項目所研究的生產關鍵技術突破；同時有效提升有機硅產品在國內及國際市場上的競爭力，也是產業創新的任務。

技術創新：具有自主知識產權的新型有機硅的研制、應用技術的不斷發展、工程技術的提高是創新的主要落腳點。

機構創新：建立有機硅應用標準與全國性檢測平臺。高新技術開發能力的提高主要體現在具有自主知識產權的有機硅基礎材料的研制、改性有機硅產品的開發和有機硅應用標準全國檢測平臺的建立。

市場創新：通過多種靈活有效的市場化運作模式，吸納與轉化國際上最先進和有效的技術，通過技術市場、產品市場、服務市場實現有機硅的技術與產品價值。同時重視國際間的技術轉移，將俄羅斯技術、美國技術等轉移到中國，實現二次創新發展。

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項目的總體目標

有機硅的發展將以應用為導向來提升技術，解決實際工程應用中具體的技術問題；以綜合技術來推動整個有機硅技術水平的提高；以系統集成帶動高校、研究院所的相關技術研究，提出并解決有機硅的核心技術問題。

技術研究目標：從多學科交叉的角度提出有特色的新的研究方法，從多層次的相互作用，多尺度的機構因素出發，深入研究有機硅材料的物理化學結構的內在聯系，解決工程應用中的阻燃性、防火性、耐熱性、分散性、相容性、環保節能等有機硅材料的技術及應用問題，同時取得具有自主知識產權的技術。

技術開發目標：以生產應用為主要目標，使各相關的科研院所、各企業之間既分工明確，又協作聯合，優勢互補，開發出15—30有機硅材料，帶動研發上百個摻有有機硅的新型材料。支持十余家有機硅生產企業，形成基本的有機硅產業鏈。

工程應用技術目標：以水污染處理、平改坡、城市建設為背景，開發高性能的新型有機硅材料，開發高效環保、阻燃、節能、安全等應用技術與其它技術的集成應用技術，實現有機硅材料在重大工程中的應用。

產業基地與研發基地目標：成立專門從事應用技術和市場開發技術的技術研究中心或實驗室；建立有機硅產品的中試車間與平臺；加速推進有機硅產業基地形成與建設；建立具有國家資格的有機硅應用標準檢測平臺。

二研究項目的建議

根據上述提出有機硅研究方向和有機硅工程應用的核心技術鏈，提出下列幾個具體研究項目供參考。

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雙親性有機硅共聚物的合成及應用研究

環境友好和環保型技術是現代科學中一個非常重要的研究方向。近年來超臨界條件下的反應特別是超臨界二氧化碳中的各類反應更為人們所重視，近年來雙親性有機硅嵌段共聚物被證明是很理想的分散劑。

該項目研究目標是利用各種先進合成技術，如陰離子聚合、原子轉移技術、大分子單體技術、大分子鏈轉移技術等等合成聚硅氧烷鏈的各種結構共聚物通過研究，推出一系列含聚硅氧烷的雙親性共聚物的產品。它們既可用于塑料橡膠工業的材料表面改性，也可用來潤滑脫模和印刷業橡膠輥筒的印刷，而且超臨界二氧化碳技術開發與應用是我國“十五”期間的重要科技攻關方向，含硅雙親性共聚物的研究和產品推出將大大提高我國在超臨界二氧化碳領域的競爭力。

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納米復合阻燃材料界面修飾用有機硅合成與應用方法研究

最近研究表明：膨脹型阻燃劑與硅酸鹽復配添加到有機聚合物構成納米復合阻燃材料由于阻燃添加劑與硅酸鹽高度分散和聚合物面積非常大使材料有優異的熱性能、物理性能、加工性能體現該阻燃材料具有巨大的潛在應用前景。然而由于相容性問題造成該納米材料加工相當復雜、生產成本高，另外該阻燃材料垂直燃燒時由于重力而使炭層破裂，阻燃性能欠佳。為了克服這些難題，國外許多研究者致力于界面修飾技術開發；通過將膨脹型和硅酸鹽型納米材料表面進行改性，增加不同材料間的相容性。界面修飾技術的核心內容就是設計能對有機聚合物和極性表面同時具有親和性的修飾劑。

該項目將重點研究不同官能團有機硅與其修飾的阻燃劑的種類的結合方式、合成方法和修飾技術。通過研究獲得理想有機硅界面修飾劑和理想的修飾技術。

另外，材料界面修飾用的有機硅在工業生產中也有很實際應用價值，例如，近年來國際出現甲苯選擇性岐化配套用有機硅聚合物研究與應用便是一個例子：

有機硅修飾在石油化工廣泛使用的分子篩表面作為分子篩表面修飾劑進行分子篩的改性是國際上認為最有效的方法。例如ISM-5分子篩為微孔材料的修飾改性對象，以具有重大應用背景的甲苯選擇性岐化合成對二甲苯反應。國外近幾年來已投入工業化生產，國外工藝指標微PX選擇性90%，甲苯轉化率為30%，B/X為1.37，但其催化劑制備包括所用有機硅一直處于高度保密狀態。我國目前約有500萬噸二甲苯年產量，如對此進行研究開發，該課題將可增加效益1億元，并可取代昂貴的進口催化劑，可以為相關應用企業節約500萬美元/年。

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有機硅阻燃增效劑和改性劑研究

本項目涉及含有多種特殊官能團有機硅合成技術，有機硅阻燃體系的復合技術，有機硅和聚合物的復合技術。

近年來，硅系阻燃劑因公害低而引起世人重視，其中有機硅阻燃作用機理主要是，在塑料燃燒時聚硅氧烷的Si-O-Si鍵轉變成Si-C鍵，生成硅碳隔離層，這種硅碳隔離層可以阻止燃燒生成的揮發物外逸，隔絕氧氣與基體樹脂的接觸，防止熔體滴落從而達到阻燃的效果。而且有機硅還具有高效、無毒、防滴落、無污染、燃燒值低、低煙等特點，是成炭理想的抑煙劑，另外它尚具有能改善塑料加工性能，能提高材料的機械加工強度，特別是低溫沖擊強度，能提高基體的耐熱性能，因而硅系塑料阻燃增效劑成為研究的重點。常用有機硅種類有硅油、硅橡膠、硅樹脂微粉、硅烷偶聯劑。主要研究方向是：通過改進分子結構，提高分子量，改善成炭性，提高與基體材料的相容性，加工和力學性能。近年來特別受重視磷/硅協同效應復合體系，這類體系同時兼有有機硅阻燃劑的高效，無機阻燃劑的低煙，能降低成本，減少無機阻燃劑用量，改善材料功能。磷/硅復配體系特點：在高溫下，磷會促成炭的形成，而硅則增加碳層的熱穩定性，從而發揮磷/硅協同阻燃效果，并且用聚硅氧烷代替低分子硅化物，磷/硅阻燃體系協同效應得到進一步加強，因為聚硅氧烷的主鍵Si-O-Si熱降解形成Si-C層SiO₂，由于數量更多，更能阻止炭層的氧化，從而更能提高炭層的穩定性。磷/硅協同體系包括磷系化合物與硅系化合物的復配阻燃劑及化合物本身含有磷元素和硅元素兩類阻燃劑。

值得重視和進一步研究發展的有機硅新型阻燃劑-硅樹脂衍生物，它是專門為以聚碳酸酯(PC)及其衍生物而開發的高性能阻燃添加劑，主要應用于電子裝置，它具有下列特點：

l 阻燃性高于或等于一般溴系阻燃劑；

l 沖擊強度是溴系阻燃劑4倍，接近PC樹脂；

l 無模壓性能老化，增強抗性；

l 使用現有設備和程序，通過常規的熔化混合方法添加到PC樹脂；

l 加熱和混合時揮發性低，產出非常穩定；

l 卓越的相容性-適合大多數PC樹脂和配方中其它各種添加劑。

其阻燃作用原理：在PC體系中加入硅樹脂，燃燒時硅樹脂向表面遷移，富集而形成均質絕熱炭化Si-C層，抑制了材料內部的進一步燃燒，并防止熔體滴落，并能阻止熱和物質的傳播。起關鍵作用的硅樹脂耐熱性十分優異，閃點>300℃以上，本身具有難燃性，燃燒時其發煙量少，避免像鹵素、磷系阻燃劑燃燒時那樣發煙量大且釋放或析出有毒物質，對環境造成危害。

有機硅作為塑料加工助劑（改性劑）起到內部與外部的潤滑作用，由于有機硅和聚合物的相容性很好，在加工過程很容易向聚合物表面富集，形成一個潤滑分子層，降低聚合物與設備的摩擦力，從而降低聚合物的融體粘度，提高流動性，脫模性。降低相距，降低設備磨損、降低制品不良率、明顯降低摩擦系數，提高滑爽性、改善光澤、提高表面絲質觸感、提高耐刮擦性能等

本項目主要應用于塑料加工和電纜行業的阻燃增強和加工性能改善、目前國內塑料助劑的年增長率均為20%左右。本項目涉及的產品是無機阻燃劑的協效劑，是阻燃劑的產品的發展方向。添加本產品的的電纜可廣泛用于工礦企業、辦公樓宇、降低火災隱患。為火災時人員的逃生贏得寶貴時間，另外有機硅改性過的塑料，其加工流動性改善、光潔度提高，單位時間生產效率提高而降低能耗。廣泛用于家電、汽車、計算機等行業。有助于提升國內塑料加工水平，提高國產塑料市場占有率。

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個人護理用有機硅的研究

據統計，個人護理品約占總有機硅需求量的18%，全球個人護理品用有機硅產品銷售量約近25000t/a。據Freedonia集團預測，在美國日化產品用有機硅產品需求量每年預計將以8%的速度增長。我國個人護理用有機硅消費量是快速增長行業之一，市場應用前景十分廣闊。

今后有機硅在個人護理產品的應用趨勢將是以洗用為主要目標，特別向護發膜、二合一洗發香波和衛生用品方向發展，今后所開發的有機硅除保持原有優異特性外，還必須具有附加特性，如薄膜形成性、調理性、保濕效果和紫外線吸收能力等各種新的功能，其種類有：

1.線形硅油（詳見⑸聚甲基苯基硅氧烷系列產品研究）

2.支鏈型硅油

 支鏈型硅油是在線形硅油分子鏈中引入三官能鏈節作為支化點形成一類含有硅氧烷支鏈的液體聚硅氧烷，近年來支鏈硅油以其獨特的性能受到人們的關注，特別是苯基和聚醚改性支鏈型硅油

A：苯基支鏈型硅油（詳見⑸苯基聚硅氧烷產品研究）

B：聚醚改性支鏈型硅油

 (3)作為表面活性劑的有機硅

它最大的特點是不論是在有機或水中均具有優異的表面活性效果。可以得到很穩定水包油型乳液，即使添加75%水也能得到穩定的體系，而且能降低水包油型乳液護理產品的粘膩感，聚硅氧烷表面活性劑在個人護理品中作用越來越突出，成為發展較快，值得重視的一類產品，其化學結構一般可分為側鏈改性型和末端改性型兩種。

側鏈改性型:

末端改性型:

4.作為粉體處理劑用有機硅

國外新的粉體處理方法，近年來已開發成功，新方法是將環狀甲基氫化聚硅氧烷與粉體在常壓下100℃以下進行相接觸，產生聚合反應由于粉體表面有催化活性特點形成網狀聚合物，結果在粉體表面形成一層超薄膜，這種膜采用加成反應，可導入官能團，若引入官能團是烷基，則生成疏水性粉體，如果是羥基和聚氧乙烯基則生成親水性粉末。

5.聚甲基苯基硅氧烷系列產品研究

甲基苯基聚硅氧烷是有機硅主要品種之一，用途十分廣泛，也是我國能與國外展開競爭的為數不多的有機硅產品，應加以重視和優先發展，由于價格比較高，國內外過去銷量不是很大，但近年來由于應用領域拓寬特別是個人護理品、塑料加工、生命科學、核電站和航空工業需要，其銷售量逐年上升，成為熱點產品，應繼續擴大產出規模和新品種以及新合成工藝研究，重點進行下列產品產業化規模研究

（1）   超高真空擴散泵硅油

代表性產品結構

 

（2）耐高溫苯甲基硅油系列產品

研究生產具有下列不同粘度、不同苯基含量、不同結構線型苯甲基硅油系列產品系列。

(3）高溫潤滑性苯甲基硅油（含支鏈型苯甲基硅油系列產品）

研究生產下列不同結構、苯基含量、粘度的支鏈型苯甲基硅油系列產品。

A.

B.

 

（4）乙烯基封端甲基苯基硅油，高低溫硫化橡膠系列產品

研究生產不同粘度（分子量）不同乙烯基，苯基含量具有下列幾種不同結構的苯基硅油，高、低溫硫化硅橡膠

（5）羥基封端甲基苯基硅油，室溫硫化硅橡膠系列產品

研究生產不同羥基含量，不同粘度（分子量）不同苯基含量的具有下列兩種不同結構的甲基苯基硅油和甲基室溫硫化硅橡膠。

（6）氨基苯基硅油系列產品

研究生產不同粘度（分子量）不同氨基，苯基含量，下列二種不同結構苯基氨基硅油系列產品

（7）耐高溫苯基聚硅氧烷粘結劑涂層系列產品

研究生產具有下列結構具有高的物理性能和力學性能（堅固性、彈性、粘附力），可在350℃長期使用。既可作為熱彈性體涂層，也可作為表面保護膠的粘結劑。

（8）無溶劑苯基硅樹脂系列產品

研究生產具有下列結構，具有不同苯基含量，不同D/T比例系列無溶劑苯基硅樹脂系列產品：

（9）耐高溫阻燃型苯基硅橡膠（含泡沫硅橡膠）研究

開發帶有緩沖特性的高伸縮性，耐高溫阻燃硅橡膠及其復合材料。這種材料能保證儀器設備進入800-1000℃溫度區域仍能保持所存儲的信息。可應用與作為信息存儲器殼體間的隔熱保護材料，對于航空航天的隨機飛行信息存儲器記憶模件（黑匣子）的高溫保護材料、鐵路交通與船舶航運的高溫防護，保證在火災等特殊情況時控制系統及記錄信息的電子設備能正常工作，造船工業上熱力管道的表面絕熱以及核電站消除事故后果，預防放射性物質泄漏侵入周圍環境。隨著我國高科技、宇航、造船、鐵路運輸、集裝箱工業發展，急需這種耐高溫阻燃泡沫硅橡膠復合體系列產品。

6.環保型防水抗污染和水性有機硅木材防火涂料研究

本課題緊扣國際高分子聚合物發展方向。通過互穿網絡、高分子化學物理混合技術、配合技術或乳液聚合技術合成出具有：良好抗油脂性能、良好耐污染性能、良好的水分保持性、良好的透氧性、防潮性、良好的防水性能。可作為新型化學建材、防水防油污染新型硅氧有機乳液。也可以通過合成硅-氟(Si-F)有機聚合物并在該基礎上產生新型防水防污染劑，它可用于修補及對于石材和文化工藝品的長期保護，使其不受有害環境侵害，保護對象包括紀念碑、雕刻品、繪畫、紡織品、木材紙張等。

我國古建筑多以木材為主要材料，耐火等級僅為三、四級，極易發生火災。據計算，古建筑的火災荷載是鋼筋混凝土結構建筑物的31倍。近年來，古建筑火災頻發，例如武當山金寺頂火災令世界型文物毀于一旦、令人痛心疾首。我國列入國家保護文物的保護單位有1萬多家，可見木材防火涂料潛在市場之大。俄羅斯在實驗室初步開發出有機硅木材防火涂料。涂有該涂層的木材在200℃用煤氣爐燃燒時，木材表面形成阻隔層不著火，而且內部溫度仍保持200℃，而未涂防火涂料的木材立刻燃燒。該防火涂料同時兼有防火與阻燃兩種功能，其作用機理是：當防火材料受到外界火焰高溫作用時，在被保護木材表面形成一層有一定厚度的固態泡沫狀的保護層，這種保護層本身導熱系數及其微小，從而把外部火焰進入被保護材料（木材）內部的熱流切斷，限制了內部穩定的升高，使內部溫度仍保持在燃點之下。w我們可在消化吸收外來技術基礎上結合我國防火標準和市場需求開展具有產業化規模木材防火涂料研究。-

7.有機硅改性有機聚合物系列品種研究

通過共聚合獲得高性能多功能的改性有機硅聚合物是當今發展方向，例如國際正在興起聚醚型有機硅聚氨酯共聚物合成及應用研究值得我們重視，該品種特點是耐高溫、耐水解，形態穩定性好，物理機械性能和目前工業化生產的聚氨酯彈性體比較，其耐沸水性是聚氨酯彈性體的2倍，機械強度是1.5倍，拉伸次數可提高到十倍。其中交聯型聚醚聚氨酯有機硅共聚物可用于光學儀器，紅外光、可見光透過率高，耐水解、耐低溫性能好。在軍工宇航等方面有廣泛的用途，具有很好的市場前景。用聚氨酯改性的有機硅制成的室溫固化的雙組分膠粘劑對玻璃和金屬粘接強度高，透明非常好，可耐超低溫，在液氮中仍能牢固的粘合，沒有強度損失，在光學儀器要求透光高部位的粘接和高新技術中具有潛在市場。

8.一甲基三氯硅烷的綜合利用研究

到2010年我國家級氯硅烷產量將達至少 120萬噸/年以上，其中一甲基三氯硅烷產量將達10.5萬噸/年左右，如何將它綜合利用，以它為主要原料生產高附加值的有機硅下游產品是我們必須面對的重要研究課題。

可以直接以一甲基三氯硅烷為原料也可以將一甲基三氯硅烷先醇解，分餾得到一甲基三乙烷氧基硅烷為原料合成若干高附加值的有機硅下游產品，用下列表格表述如下

9.四氯化硅或正硅酸酯的綜合應用

在甲基氯硅烷生產中會產生一定數量的四氯化硅與三甲基氯硅烷共沸物。在生產有機硅偶聯劑的基礎原料三甲基烷氧基硅烷時會產生數量約占總產量40%左右的硅酸酯。如何綜合利用這些原料合成高附加值有機硅產品，也是我們必須重視的研究課題。

 

作者：章基凱、劉佩華

來自于：上海愛世博有機硅材料有限公司上海高分子材料研究開發中心