材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)，要加快實施制造強國戰(zhàn)略，必須夯實新材料這一重要基礎(chǔ)。日前，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布《石油和化學(xué)工業(yè)“十四五”發(fā)展指南》，其中特別強調(diào)要加快化工新材料的發(fā)展，提出“十四五”末化工新材料的自給率要達到75%，占化工行業(yè)整體比重超過10%。
“化工新材料應(yīng)用于多個國民經(jīng)濟重要領(lǐng)域，如航空航天、電子、新能源、醫(yī)療健康、節(jié)能環(huán)保等。”天津大學(xué)化工學(xué)院教授姜忠義表示，未來需要構(gòu)建化工新材料自主創(chuàng)新體系，加速國產(chǎn)新材料落地應(yīng)用，給予化工新材料更多市場支持。
從飛機到保暖衣都能用到化工新材料
大到飛機、火箭、衛(wèi)星、動車、輪船這些關(guān)系國民經(jīng)濟的“重器”，小到購物袋、飯盒、電池、保暖衣等日常用品，都與化工新材料有著密不可分的關(guān)系。一頭連著科技和創(chuàng)新，一頭連著產(chǎn)業(yè)和市場，化工新材料研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模可謂是衡量一個國家科技、經(jīng)濟實力的重要標志。
姜忠義介紹，一般來說，需要化學(xué)反應(yīng)或化工過程制造出來的材料，叫做化工材料。化工新材料則是指，近期發(fā)展的和正在發(fā)展之中的具有傳統(tǒng)化工材料不具備的優(yōu)異性能或某種特殊功能的新型化工材料。
“與傳統(tǒng)化工材料相比，化工新材料具有質(zhì)量輕、性能優(yōu)異、功能性強、技術(shù)含量高、附加價值高等特點。”姜忠義舉例說，飛機耗油與自重有關(guān)，機身采用質(zhì)量更輕的化工新材料，油耗就會更少，但同時新材料還要滿足傳統(tǒng)材料具備的防凍、抗冰等性能;再如廢水處理，過去用蒸發(fā)器，能耗高，現(xiàn)在用新材料膜過濾，能耗節(jié)約了很多。
在一些領(lǐng)域，必須依靠化工新材料來滿足新的技術(shù)需求。比如太空飛船載人工作艙需要轉(zhuǎn)化、處理航天員呼出的二氧化碳，如果攜帶效率低、體積大的二氧化碳處理材料，就會影響太空艙內(nèi)的空間利用。應(yīng)用處理效率高的化工新材料，不僅不會影響太空艙內(nèi)的空間利用，而且航天員還可以在太空中停留更長時間。
此外，在很多領(lǐng)域，化工新材料的應(yīng)用意義非常重大。
天津大學(xué)化工學(xué)院教授張生表示，能源領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，如傳統(tǒng)化石能源的清潔高效轉(zhuǎn)化、二氧化碳可持續(xù)轉(zhuǎn)化與利用等關(guān)鍵技術(shù)的突破，將成為我國能源革命的重要推動力量。而能源及其衍生產(chǎn)品的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、存儲和利用這些典型化工過程，均與催化反應(yīng)密切關(guān)聯(lián)，催化劑材料與技術(shù)直接或間接地為世界貢獻了近30%GDP。因此高效綠色工業(yè)催化劑材料的開發(fā)是我國能源、化工領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求，對實現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展、提升國際戰(zhàn)略競爭力具有重要意義。
我國化工新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長
去年底發(fā)布的《2020年中國化工新材料年度發(fā)展報告》顯示，我國化工新材料行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，技術(shù)進步顯著，已成為我國化學(xué)工業(yè)增長最快的行業(yè)。
“十三五”期間，化工新材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進展，形成了10個左右年產(chǎn)值超百億元的化工新材料特色產(chǎn)業(yè)園區(qū);企業(yè)組織結(jié)構(gòu)更趨合理，培育了30個左右在專業(yè)子行業(yè)領(lǐng)域具有引領(lǐng)作用的骨干新材料企業(yè)或企業(yè)集團，培育了300個左右專精新特細分領(lǐng)域單項冠軍企業(yè);創(chuàng)新能力顯著增強，化工新材料企業(yè)科研投入占主營業(yè)務(wù)收入的比例達到3%以上，建成一批國家級化工新材料研發(fā)平臺和企業(yè)技術(shù)中心。
“高性能碳纖維及其復(fù)合材料是實現(xiàn)衛(wèi)星平臺、運載火箭、大飛機、兵器艦船等國家重大工程建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。”張生表示，國內(nèi)已經(jīng)在基本型(T300 級)碳纖維的研制、工程化及航空航天應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、濕法高強型(T700G 級)碳纖維的研制和工程化關(guān)鍵技術(shù)、高強中模型(T800H 級)碳纖維的工程化及其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了一連串技術(shù)突破。
據(jù)介紹，在環(huán)保領(lǐng)域，我國已將超濾膜技術(shù)應(yīng)用于水處理中，如工業(yè)廢水含有大量有毒物質(zhì)，若未妥善處理，會對動植物及人類的基本生存構(gòu)成威脅。傳統(tǒng)的廢水處理存在資源浪費、能耗過大且工藝復(fù)雜等問題，運用超濾膜技術(shù)進行工業(yè)污水處理可以充分過濾水中的有害物質(zhì)，最大限度地提高凈水效率、保障生命安全。
張生介紹，再如植入性醫(yī)療器械具有維持生命、修復(fù)功能的特殊作用。“近年來，國內(nèi)研究團隊研發(fā)了與3D技術(shù)融合發(fā)展的殼聚糖基復(fù)合材料。采用3D打印技術(shù)，制備的納米羥基磷灰石/殼聚糖/聚己內(nèi)酯多孔三元復(fù)合支架材料，可制成滿足患者個性化需求的骨缺損產(chǎn)品。”
盡管數(shù)據(jù)顯示，我國已成為“材料大國”，但距離“材料強國”之路仍任重道遠。姜忠義認為，要建成“材料強國”，必須構(gòu)建自主創(chuàng)新體系。以膜材料為例，雖然還沒走向工業(yè)應(yīng)用，但現(xiàn)在一些膜材料在實驗室的研究層面上已經(jīng)嶄露頭角。盡管是局部的領(lǐng)先，但將來這類材料推出去，可能就會是世界領(lǐng)先。
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