Transcript Состояние и перспективы развития, разработки и производства

Состояние и перспективы
разработки и производства
синтетических полимеров
Министерство образования и науки
российской федерации
Кабардино-Балкарский Государственный Университет
им. Х.М. Бербекова
1839: C.Goodyear
разработал процесс
вулканизации
ИСТОРИЯ ПЛАСТИКОВ
Постоянный рост объемов производства пластиков
Единственное падение производства – кризис 2007 г
2006 – 245 млн т
2007 - 255 млн т
2008 – 245 млн т
2009 – 230 млн т
1860: Рождение
полимерной индустрии –
изготовление целлулоида
– первого сделанного
человеком термопласта
1907: Разработан первый
синтетический полимер бакелит
1934: произведены нейлон
и тефлон
Мир
Полимеризационные
полимеры:
ПВХ, ПММА, ПС, ПЭ
Конденсационные
полимеры
ПЭТ, ненасыщенные
полиэфиры
Катализаторы ЦиглераНатта
Европа
- Разработка новых
методов производства
- Расширение
ассортимента добавок,
новые катализаторы
- разработка новых
сложных структур,
например
нанокомпозитных
биодеградируемые
материалы
МИРОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ПЛАСТИКОВ в 2007 – 2015 г.г.
Полимерная отрасль в Китае
Мощности по производству полимеров: 47 млн.т
Прогноз на 2015: 82,5 млн.т
KMT/Y = тыс.т/г
Заводы по производству пластиков в Китае,
запускаемые в 2010-2011
Полимерная отрасль в России
Структура потребления термопластичных
другое Области применения
полимерных материалов в РФ в 2009 г.
16%
электротехн
упаковка
ика
41%
8%
автомобиле
строение
10%
строительст
во
25%
Объемы производства базовых полимеров
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
ПИРАМИДА ТЕРМОПЛАСТОВ
Классификация по структуре, свойствам и стоимости
ВЭХ
полимеры
ПК
Capability by Temperature Index by
Underwriter Laboratories, USA
<<1%
Высококачественные
полимеры
Тэ > 150 °C
(Полимеры с высокими
эксплуатационными
Характеристиками)
ПИ
ПАИ
ПЭИ
ПЭС
ПСф
>
ПЭЭК
фторопласты
ЖК-полимеры
ПФС
ПФА ПА 46
мод.ПФО
ПК
ПММА
ПА 11 ПА 12
АБС, САН
ПЭТ (Injection)
ПБТ
ПОМ
ПА 6 ПА 66
150 °C
Конструкционные
термопласты
TI = 100 - 150 °C
100 °C
Стандартные
пластики
ПБТ, ПЭТ**
САН ПСВ ПС
ПЭТ (Bottle grade) ПВХ
аморфные
ПП
ПЭНД
ПЭВД
10,000 евро/т
> 4,000 евро/т
ПОМ
> 2,000 евро/т
ПА
<10%
90%
АБС, САН
Годовой рост (%)
л-ПЭВД
частично-кристаллические
0
2
4
6
8
10
НЕКОТОРЫЕ ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Сравнение с зарубежными аналогами
Предлагаемая продукция
Текущие характеристики
Свойства
Наименование
Нанокомпозитный
ПБТ
Предел
текучести при
растяжении,
МПа
Модуль
упругости при
растяжении,
ГПа
Относительно
е удлинение
при разрыве,
%
Плотность,
г/см3
Зарубежный аналог
В-1000
В-2000
Crastin
CE1085
Хайтре
л 6356
Хайтре
л 5556
Уровень
предлагаемой
продукции
Превышает
83
61
41
58
41
40
Превышает
2,9
2,6
2,2
2,7
2,3
2,0
На уровне
65
450
545
›50
420
500
1,29
1,26
1,2
1,31
1,22
1,20
-
СЫРЬЕВАЯ БАЗА
НЕФТЬ
ФРАКЦИЯ С4
п-КСИЛОЛ
н-БУТАН
ТЕРЕФТАЛЕВАЯ
КИСЛОТА
n HOOC
СН3-СН2-СН2-СН3
COOH
HO
C H2
2
O
2nH O
C H2
O
O
C
C
2
[О]
OH
МАЛЕИНОВЫЙ АНГИДРИД
O
C H2
2
HC 2 n H
CO
OH
2O
HC
O
CO
БУТАНДИОЛ
НО-СН2-СН2-СН2-СН2-ОН
другое
ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА СЫРЬЯ
Используются для
совмещения полимеров
Используется как
мономер для
получения
полиимидов
АДДИТИВЫ,
КОМПАТИБИЛИЗАТОРЫ
ПРИМЕНЕНИЕ
МАЛЕИНОВОГО
АНГИДРИДА
БИС-МАЛЕИМИД
O
O
N
O
O
SO 2
O
N
O
Б М И-1
O
Используется как
растворитель. Сырьё
для получения
уретановых каучуков
ТЕТРАГИДРОФУРАН
O
O
C
N
O
SO 2
O
N
C
O
O
C
N
C
O
МАЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
O
O
O
O
SO 2
Б М И-2
O
g-БУТИРОЛАКТОН
N
O
Используется для
для производства винной и яблочной
кислот, алкидных смол, ПАВ, полимерных
материалов, фумаровой кислоты
Используются в органическом синтезе, в
производстве лекарственных и
душистых веществ
СИНТЕЗ ПОЛИКАРБОНАТА
n
+ n
HO
+ 2n
n
CO2 +
+
+
РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
В ОБЛАСТИ ПОЛИМЕРНОЙ ХИМИИ В КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОМ
ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
R 3N
...RH2O R 2
R 3 N ...
HO
Cl
+
OO
RR2 2
HH
Cl
C
O
+
R 3N
R 3N
CC
C lC l
C R R1
1
O
O
RR1 1
O
CH3
CH3
РАДИКАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
В РЕАКЦИИ
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
где
ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ
R 3 = (C H 2 C H 3 ) 3 ;
R 3 = (C H 2 C H 3 ) 3 ;
R 2=
C
R 2=
C
Cl
R 1=
R 1=
C Cl
C
O
O
CH3
CH3
OH;
OH;
Образуются катион-радикал ТЭА, бензоильный радикал и анион
диана. Первые два составляют пару, в которой возникает химически
индуцированная поляризация ядер.
O
S
R 3N
+
C
R 3N
Выход из клетки
O R2 + C
R1
R1
O
R2
O
C
R 1 + R 3N
+
Рекомбинация
O
O
R 3N
C
O
+
R1 + OR2
R1
C
O R 2 + R 3N
Рекомбинация бензоильного радикала с катион радикалом ТЭА дает
ион четвертичной аммониевой соли, который легко реагирует с
анионом диана. Этот путь можно рассматривать как нуклеофильный
поток реакции.
(Микитаев А.К., Ацканов А.М., Коршак В.В. Радикальный механизм в
реакции низкотемпературной поликонденсации//Доклады АН, серия
химическая. Т.2, №6, 1984. С.1440-1443).
проф. Шустов Г.Б.
проф. Хараев А.М.
Исследован ряд
олигоэфиров,
полиэфиров,
сополиэфиров и блоксополиэфиров на основе
производных хлораля,
диаллилдиана, ди- и
полигалоид-содержащих
ароматических и
фосфорсодержащих
соединений.
Работы по созданию
высокопрочных
термостойких
полимерных материалов
с использованием в
качестве исходных
мономеров некоторых
продуктов утилизации
хлораля и ДДТ
Проведены работы по
модификации
термопластов и
получению на их основе
нанокомпозитов с
улучшенным комплексом
свойств
проф. Машуков Н.И.
Разработаны научные
основы синтеза
имидсодержащих полимеров
и композиционных
материалов на их основе с
улучшенными
эксплуатационными и
технологическими
свойствами
проф. Оранова Т.И.
Модификация полимеров
различного класса
фосфорорганическими
соединениями с
циклогексильной группой у
атома пятивалентного
фосфора
Проведен цикл работ
посвященный созданию
эпоксидных материалов
с высокими
эксплуатационными
характеристиками
проф. Беев А.А.
проф. Шаов А.Х.
Исследование
закономерностей
формирования
структуры и свойств
совместимых
полимеров
проф. Лигидов М.Х.
Изучены механизмы
упрочнения полимерных
нанокомпозитов с
использованием современных
физических концепций
проф. Маламатов А.Х.
Разработка новых
катионных
полиэлектролитов
Исследование кинетических
особенностей и
закономерностей
образования катионных
полиэлектролитов
проф. Малкандуев Ю.А.
Разработка способов
получения новых
полиазометинэфиров
с триарилметановыми
фрагментами в
основной цепи
проф. Борукаев Т.А.
Изучены ароматические
олигоэфиры и сополиэфиры,
содержащие
дихлорэтиленовые и кетонные
группы в основной цепи.
проф. Бажева Р.Ч.
Разработка новых
гуанидинсодержащих
полимеров и
нанокомпозитов на их
основе
проф. Хаширова С.Ю.
В настоящее время в КБГУ под руководством проф. Микитаева А.К.
активно ведутся исследования, связанные с разработкой
органо-неорганических полимерных нанокомпозитов, обладающих
заданным комплексом свойств.
ДИНАМИКА НИР КАФЕДРЫ ЗА ПЕРИОД 2003-2011 ГГ.
Разработаны
слоисто-силикатные
нанокомпозиты на основе :
ПОЛИЭТИЛЕН
ПОЛИПРОПИЛЕН
ПОЛИБУТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ
ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ
ПОЛИКАРБОНАТ
ПОЛИАМИД-6
ПОЛИВИНИЛХЛОРИД
ГК №02.552.11.7079
ГК № 2.513.11.3158
ГК № 02.513.11.3219
ГК № 2.1.1/3612;
РФФИ 06-03-96641
ГК 02.740.11.5121
ГК 13.G25.31.0048
ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технологического комплекса
России
Аналитическая ведомственной целевая программа “Развитие научного потенциала высшей школы
(2009-2010 годы)”
Российский фонд фундаментальный исследований
Реализация комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства по постановлению
Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 года N 218.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ
ПО ВОЗРАСТНЫМ ГРУППАМ В РОССИИ И США
Динамика численности занятых в НИОКР определялась такими тенденциями, как
ухудшение возрастной структуры: снижение доли исследователей в возрастной группе
до 40 лет и возрастание доли исследователей в группе старше 60 лет. В отличие от
России, в США, например, наибольшую долю среди исследователей составляют
исследователи наиболее активной возрастной группы (30-50 лет)
ВЫВОДЫ
1.
Объем производства синтетических полимеров в мире к 2008 году достиг ~250
млн.т. В 2011 году после кризиса этот объем восстановился.
2.
Рост объема производства крупнотоннажных полимеров составляют ~ 4% в год,
общеинженерных пластиков – 6-8 %, тогда как рост объема производства
специальных пластиков превышает 10-20 % в год, также опережающе растет и
объем производства нанокомпозитных полимерных материалов.
3.
В
мировом
производстве
синтетических
полимеров
Китай
отличается
опережающим темпом и в ближайшие годы займет 1-ое место по объему
производства.
4.
В Российской Федерации объем производства синтетических полимеров мало
изменился за последние 2 десятилетия и составляет менее 5 млн.т. в год, что
свидетельствует о слабом влиянии государства на политику промышленного
производства полимеров.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1.
2.
3.
4.
5.
Считаю необходимым перейти от политики полного рыночного регулирования к
государственной политике планирования опережающего роста производства
синтетических полимеров и композитных материалов на их основе и обеспечить к
2020 году объемы производства 15-20 млн.т. Это возможно и это выгодно.
В соответствующих перспективных планах добычи и потребления нефти и газа
необходимо запланировать объемы для глубокой переработки, в целях обеспечения
необходимых для опережающего роста объемов производства мономеров и
полимеров.
При этом уделить особое внимание организации производства специальных марок
полиолефинов, инженерных пластиков (таких как полиарилаты, ароматические
полиамиды,
полиимиды,
полисульфоны,
ароматические
полиэфиры,
полифениленсульфиды, полиуретаны, полиэфиркетоны и т.д.). Также целесообразно
сконцентрировать внимание на производстве композитов с пониженной горючестью,
композитных и нанокомпозитных полимерных материалов, производстве антипиренов
и других модифицирующих добавок к полимерам.
С целью сотрудничества в вышеуказанных направлениях между ГНУ ФГУП ВИАМ и
КБГУ заключены договоры, к которым будут приглашаться и другие организации и
научные коллективы. Часть вырабатываемых предложений будет передаваться
правительству РФ.
Остается актуальным мое предложение на прошлогоднем форуме о восстановлении
химического машиностроения и создании отрасли машиностроения по переработке
пластмасс (экструдеры, смесители, термопластавтоматы и др.)
Благодарю за внимание!
E-mail: [email protected]
Тел: +7 903 363 08 34