硅能源：后石油时代的革命性能源

苏苏

编者按：最高层日前指出，“积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源”。由此，“硅能源”成为2022开年伊始市场关注度最高的词汇之一。为深入理解硅能源的意义，我们选取了2006年一篇原标题为《有机硅——未来高分子材料的王者》（作者：田文新朱旭）的旧文，以期以管窥豹。

虽然是16年前的文章，但这篇研究内容至今读起来仍不过时，甚至可以说依然前沿。以下为正文：

过去100年中，以石油为原料生产的高分子合成树脂、合成橡胶已给我们的生活带来了丰富多彩的塑胶、化纤制品，它标志着人类穿衣、穿鞋、生活家居不再完全依赖棉、丝、麻、木等天然资源。

但是，由于石油经过人类多年的开采，储量日益减少，已使全球石化行业感到了前所未有的资源压力，也使全球战争自二次世界大战到现在一直炮火连天，甚至愈演愈烈，给我们的生存环境造成了严重污染，资源造成了巨大浪费。

《石油的终结》是由美国学者保罗圠伯茨在美国发生“9·11”事件后所著，这本书给我们传达的信息是：“我们目前的能源体系正在走向失败，下一个能源经济的轮廓正在形成，不管我们是否愿意，它都在酝酿着……”他引用一句话说：石器时代的结束并不是世界上没有了石头，而是找到了更好的替代工具。

如果我们选用二氧化硅(石头、砂子)，这一地球储量极其丰富的资源，来生产有机硅，并用它替代石油材料生产衣服、鞋子、塑料家具、汽车、楼房等生活用品，那么，我们的世界将会变成更加美丽的充满着人类智慧光芒的新世界。这，已不再是梦想，她将在不久的将来，用我们自己的双手逐一实现。

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有机硅材料工业的现状（2006年）

从上世纪40年代合成出有机硅树脂、硅油、硅橡胶到现在已有60多年时间，在这段时间里，各项工艺技术都发生了巨大变化，尤其是近二十年，全球有机硅工业，从硅粉加工到单体合成以及中间体聚合都达到了技术成熟、产量猛增的高速增长期。

目前，全球硅氧烷的产能约1130kt/a，比1995年的550-650kt/a增加了近一倍，年均增长率为7%。按产业划分，有机硅的消费构成为橡胶、树脂、涂料、纤维、纸张、化妆品等化工关联行业40%，电子电器20%，土木建筑20%，其它20%。

近十年来，我国有机硅工业在全国科技工作者和行业同仁的共同努力下，从技术到产量方面都缩小了与世界发达国家的差距。在RTV建筑密封胶，HTV高温胶、硅油、硅烷偶联剂生产技术方面均已达到或接近世界先进水平。

但是，我国目前单体(甲基氯硅烷)产量远远达不到有机硅市场发展的需要，即使到两年后，全部单体加起来还不到500kt/a。这一现状已严重制约了我国有机硅工业的发展。


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市场对有机硅制品的需求

随着世界石油价格不断攀升，石油制品价格一路猛涨，加上石油产品性能在很多方面赶不上有机硅，许多有远见的人士已将开发眼光转到有机硅制品上来。

特别是近十年，在电子、电器、建筑、五金、家具、医疗、汽车、化工、机械等，工、农业领域像雨后春笋般，冒出了许多新的制品。如：手机、计算机、遥控器等按键，电力绝缘端子，硅胶腕带，婴儿奶嘴，汽车密封环等。但是，这些硅胶制品相对于石油塑料、橡胶制品而言，不过是凤毛麟角而已。

我在2005年先后到过温州和扬州参加过几次合成革和合成纤维的行业论坛，了解到合成革胶浆用量仅温州地区就有100多万吨/年，全国化纤用树脂和胶浆约有1500多万吨/年。如果用有机硅来替代上述原料，单从产量上讲，即使把全世界有机硅加起来，也远远满足不了我国市场的需要。

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新型有机硅制品的开发

有机硅制品的开发量大面广，几乎包括石油制品的大部分品种。但是，要想真正意义上的替代，还有很长的路要走。

2005年我们先后于4月和6月申请了两项发明专利，一是《透气有机硅合成革及其制作方法》公开号：CN170223A;现已生产出非常理想的样品。二是《有机硅聚合物合成纤维及其生产工艺》公开号：CN1710162A;并已申请了PCT国际专利，使其在全球128个成员国受到专利保护。

下面重点介绍2005年4月21日最新申请的国家发明专利产品：《透气有机硅合成革》。

1、有机硅合成革开发目的、品种及市场简述

(1)目的：有机硅合成革的开发目的是：开发透气、环保、质优的合成革，增加合成革花色品种，提高我国合成革产品在全球市场的竞争力。

目前，生产合成革的弹性材料主要为聚氨酯橡胶(PU)和弹性聚氯乙烯(PVC)溶胶两种，这两种材料均为石油产品，存在的最大缺陷为不透气，并会对人体皮肤、呼吸道产生一定的不良影响，因此限制了合成革在更多领域的应用。

开发有机硅合成革，是因为有机硅高分子弹性体，具有：透气、环保、无毒、生理相融性能优、防水、抗污、柔顺、滑爽、疏水、阻燃、防臭、耐大气老化30-50年，耐低温-高温：-73—260℃等特性。

开发有机硅合成革，另有以下几点考虑：一是石油面临着枯竭的危机。二是时代和市场对环保产品的呼唤;三是人类提高生活质量的迫切需要;四是全球需要构建和谐社会，保护动物，保护环境。五是有机硅高分子材料将取代石油高分子材料，成为未来新型高分子材料产品的新秀。

(2)品种及特点：有机硅合成革开发的品种，是将有机硅高分子弹性体与功能性纳米材料进行有机结合，它将成为当今世界最前沿的纳米高分子新材料。其品种有：①防水透气革;②抗菌除臭革;③防紫外线革;④防老化革;⑤防辐射革;⑥抗静电革;⑦保健革;⑧蓄热保温革;⑨隐身革;⑩免洗革等品种。

有机硅合成革的特点：有机硅合成革与有机硅橡胶布有结构和滑爽方面的区别。有机硅合成革为三层结构，它是由基布-硅胶-表面涂饰层构成。具有滑爽、透气、耐温、耐候等有机硅多层复合材料特有的优秀品质。

苏苏

(3)市场运作：商品名：喜丽康(喜气、靓丽、健康)合成革。简称：“喜丽革”。又名：喜丽康赛真革。英文名：SiliconeSyntheticLeather缩写：SSL有机硅合成皮革。

(4)市场应用前景分析

综上所述，鉴于各种“喜丽革”的特种功能，有机硅合成革的应用领域非常广泛，可用于家具、鞋、帽、服装、建筑、包装、医疗卫生、车辆、航空、航天、军队、舰船、农业保鲜、保温等领域。其市场应用前景将会非常广阔。

2、有机硅合成纤维的开发及应用前景分析

从1938年起，以石油为原料的合成纤维工业的历史已接近70年，在四大合成纤维品种——聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈和聚丙烯纤维原料因石油危机而感到前途渺茫时，我们开发了有机硅合成纤维，并于2005年6月3日申请了国家发明专利。

有机硅合成纤维具有许多石油类合成纤维不具备的优点，如：耐高低温、耐老化、透气、疏水等特性。这些性能足以改变人们对现有合成纤维存在缺点的看法。有机硅弹性体是最早用钠米材料改性的高分子聚合物之一，有机硅合成纤维是这两者完美结合的闪亮结晶。

(1)有机硅合成纤维品种开发

有机硅合成纤维的基础材料主要由两部分组成：一是有机硅高分子聚合物(硅橡胶和有机硅树脂及有机硅改性烃类高聚物)及硫化体系;二是超细纳米级功能性粉体;这两部分经过特殊工艺结合后，可生产出绚丽多彩，功能各异的新型合成纤维。

(2)有机硅合成纤维的商业名：喜丽康(喜气、靓丽、健康)合成丝。简称：“喜丽丝”。英文名：SiliconeSyntheticfibre。(缩写：SSF)有机硅合成纤维。

(3)有机硅合成革和合成纤维应用前景及经济效益分析我国专利法规定：专利保护期限为20年。仅拿服装、鞋、帽、箱、包行业计算：按最保守数字，在18年间，两项专利在全球所创效益将是非常惊人的。如将建筑、车辆、工业、农业、军事、医疗、保健等领域计算在内，其投资回报，将更加可观……

上述简要介绍了部分有机硅合成革和合成纤维的品种开发及市场前景。要想实现上述目标，还需要既具有科研和经济实力，又有创新发展眼光的合成革公司和合成纤维公司与有机硅行业一道，共同参与科研开发和市场推广工作。

04

展望

当今世界因石油短缺而造成的能源危机日趋严重，石油高分子聚合物市场价位不断攀升，大量使用石油产品已给环境和生态造成巨大污染及严重破坏。石油这一很难再生的一次能源正逐步走向枯竭。有机硅这一清洁、环保、可再生的新材料，正丢掉“工业味精”的小鞋，阔步走向世界主导材料的舞台

用有机硅制品替代石油制品，标志着人类将石头变成衣服、鞋子的时间只需要一个月时间，甚至更短;它的意义在于人类将永远不再受亿万年才能形成的有限的石油资源的束缚。

我们可以展望一下未来的有机硅世界，在衣、住、行三个方面的表现：

1、服装、鞋、帽、手套(衣)：有机硅合成革和合成纤维可用于生产纺织、皮革服装、鞋、帽等与人体接触的所有制品。

2、建筑(住)：有机硅涂料、胶粘剂，有机硅门、窗，有机硅耐侯、无毒、环保输水管，有机硅柔性幕墙，超轻大跨度有机硅柔性房顶，帐篷等。

3、交通工具(行)：汽车这一凝聚着时代高科技的流动建筑，已给有机硅提供了广阔的发展空间，我们可以设想未来用有机硅材料制造汽车的模样：

发动机壳体、车身-用高强度、耐高温硅树脂模塑料浇铸而成;面漆-用硅丙、硅氟高光、亚光防污抗静电、抗划伤涂料;车轮-用有机硅橡胶轮胎;内饰：车顶蓬、车座-用硅橡胶泡沫，面料用高强度、高透气性有机硅阻燃合成革、合成纤维;
油料-用有机硅润滑油和有机硅刹车油;信息控制系统-用有机硅光缆控制系统;油路-用硅氟橡胶管;电路-用硅氟橡胶电线;燃料电池电动轿车-用硅氟橡胶质子交换膜;总之，现在使用的绝大部分汽车材料，将来都可用有机硅材料取代。

当然，要想实现上述目标，还有很长的路要走，我们坚信：在大家共同努力下，有机硅高分子材料终将在未来高分子领域占有统领的地位。

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建议

1、建议有机硅专业委员会，组织多行业专家，论证有机硅材料逐步融合及取代石油高分子材料可行性及方法。

2、组织行业专家撰写专论：《未来的有机硅世界》，为有机硅产业指明未来发展方向,并提供理论依据。

3、将大力发展有机硅材料工业，作为我国未来材料工业的一次革命,并进行广泛宣传。

4、向国家相关部门提交议题：将大力发展有机硅材料工业，作为我国材料工业发展的一项国策，放在发展新能源、新材料同等重要的位置上。力争将大力发展有机硅材料工业，列入今后若干个“五年计划”或“863计划”“火炬计划”等。

5、希望有机硅行业更多地与其他行业进行学术和信息交流，组织专家、学者进行跨行业技术攻关，使有机硅材料这一具有:资源极其丰富、环保、高性能、可再生的新材料，为人类做出更大地贡献。（田文新朱旭）

引申阅读

1.概念

有机硅，即有机硅化合物，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。

其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。

2.产业发展历史

有机硅虽然应用非常广，但其历史不过一百多年。

1863年，法国化学家弗里德尔（C.Friedel)及克拉夫茨（J.M.Crafts)从SiCl4与ZnEt2出发，在160℃下的封管中反应，制得了第一个含Si-C键的有机硅化合物SiEt4。

1872年，拉登堡（A.Ladenburg)使用ZnEt2、Si(OEt)3Cl与Na反应，制得了带硅官能基的硅烷。两年后，他又从HgPh2与SiCl4出发，在封管中制得了PhSiCl3。

1885年，波利斯（A.Polis）应用纳缩合法(即Wurtz反应)制得SiPH4等。一直到1903年，许多化学家为有机硅化学诞生付出了心血。人们习惯将这一阶段称为有机硅化学的创始期。

英国化学家基平（F.S.Kipping）从1898年到1944年对有机硅化学进行了广泛而深入的研究，先后发表论文57篇。他的突出贡献之一是将格利雅（Grignard）反应用于合成不同官能度的可水解硅烷，并成为日后有机硅工业的基础。

在此期间，迪尔塞（W.Dilthey）几乎与基平同时应用格利雅法合成了有机硅化合物。接着他又将Ph2SiCl2水解成Ph2Si(OH)2，并进而缩合得到六苯基环三硅氧烷（Ph2SiO）3,这是第一个环状硅氧烷化合物，对推动聚硅谷氧烷的发展起到良好的作用。后人称这段时间为有机硅的成长期。

进入20世纪30年代末，美国康宁玻璃公司的海德（J.F.Hyed），通用电气公司的帕诺德（W.J.Patnode）及罗乔（E.G.Rochow）,前苏联的多尔高夫及安德里诺夫以及德国的米勒等认识到有机硅聚合物的应用前景，开始探索具有玻璃性能的耐热性有机聚合物。先制成了硅树脂，1940年又制得了二甲基硅油。

1941年Rochow发明了直接法合成有机氯硅烷，紧接着米勒也申请了直接法专利。1942年美国道化学公司建成了甲基苯基硅树脂及二甲基硅油中间试验装置。1943年，道化学与康宁玻璃公司合资成立道康宁公司，专门从事有机硅的生产与研究。1947年，通用电气公司成立有机硅部（后卖给了阿波罗私募基金，成为现在的迈图有机硅）。

进入50年代，德国的瓦克（Wacker,1951）拜耳（Bayer,1952后与GE合资），及戈特斯密特（Goldschmidt）;日本的信越化学（1953），东京芝浦电气（1953年并入东芝有机硅公司，后与GE合资）及东丽有机硅公司（1966，后与DC合资，并以DC为主）；法国的罗纳-普朗克（Rhone-Poulenc,后并入我国的蓝星）等纷纷建立有机硅生产装置。

1938年至1965年间，由于单体产量及产品品种的增加，分离纯化动技术的进步及聚合工艺的改进，各种硅油，硅橡胶及硅树脂产品相继问世。人们称这一阶段为有机硅的发展期。

1965年以后，各工业发达国家的有机硅开发研究，工业生产及推广应用已进入全面发展的新阶段。

中国的有机硅技术开发起步于1952年。当时，北京化工试验所（沈阳化工研究院前身）重点开发格利雅法合成有机氯硅烷技术，上海有机化安所（中国科学院化学研究所前身）侧重研究硅氧烷的平衡与聚合。

1956年，沈阳化工研究院建成有机硅中间试验车间，1958年上海树脂厂建成直接法合成有机氯硅烷生产装置。1967年北京化工研究院及沈阳化工研究院有机硅部分并入晨光化工研究院。1968年，星火化工厂成立（蓝星有机硅的前身）这期间有机硅研究单位及生产厂家发展较快。

现今，中国已成为有机硅材料最大的消费国与生产国。目前，A股有机硅板块主要上市公司包括合盛硅业、新安股份、兴发集团、东岳硅材、回天新材、宏柏新材、晨光新材、润禾材料等。