聚双环戊二烯(polydicyclopentadiene ,简称PDCPD)是DCPD及其同系物在催化剂作用下,经开环易位聚合而制得的一种高分子网状聚合物,是一种新型的热固性树脂,通常采用RIM(反应注射成型)工艺制备产品。该材料被国家列入《重点新材料首批次应用示范推广目录(2021)》,属于国家鼓励的重点环保新材料。 PDCPD材料兼具高弯曲模量和高抗冲击强度,属于以弹性形变为主的延性材料,同时还具有耐磨性、表面涂饰性、耐酸碱性及防水性等优良特性。其制品替代玻璃钢、聚氨酯和铝合金等材料的势头强劲,具有广阔的市场发展空间。
据相关数据显示,每千克聚双环戊二烯产品的碳足迹约为0.8公斤二氧化碳,远低于每千克传统片状模塑料的2.5公斤二氧化碳。此外,聚双环戊二烯产品还具备在回收过程中无固废产生的显著优势。 根据QYResearch数据,2021年全球PDCPD市场销售额达到了1.4亿美元,预计2028年将达到2.3亿美元,年复合增长率为7.0%。 PDCPD是一种“环境友好”且综合性能优良的工程塑料,不论是加工工艺,还是最终制品,过程耗能少、无排放,无小分子或副产物产生,具有显著的环境友好性。其特点是同时具有高的模量和冲击强度、良好的尺寸稳定性及耐热性;低温性能较好,药品耐受性好,可涂饰性强;密度接近1,有利于制件的轻量化;导热系数特别低,保温隔热性能非常优异。 基于PDCPD的独特优异性能,其制品替代玻璃钢、聚氨酯和铝合金等材料的势头强劲,主要应用于工程机械、农用机械、商用车、化工新能源、电子通信等领域,如工程车覆盖件、农机机盖、导流罩等。 汽车领域:保险杠、车门车盖、导流罩、前后围、车厢板等车身覆盖件
卫浴:浴缸、浴盆,游泳池
军工领域:空投箱、子弹周转箱、浮桥、头盔等
化工防腐:氯碱化工、盐化工的防腐部件;城市排污系统的大型蝶阀;电化学设备的处理槽、净化槽、污水处理池等
医疗设备:壳体
农机、工程机械领域:壳体、罩盖
电子设备:5G天线罩、大型电子设备壳体,电动机、空调机、控制器、交通指示标记、充电桩、高速公路SOS机壳
医疗设备:壳体
农机、工程机械领域:壳体、罩盖
新能源领域:小型风力发电叶片、太阳能托盘、无人驾驶车身等
体育娱乐设施:雪地摩托、雪橇、冲浪板、滑水板、高尔夫球车、旅游观光车、游艇、作业小船、游戏机外壳
其他领域:卫星盘式天线(抛物面),银行ATM机;园艺设备、垃圾车、垃圾桶、割草机外壳、室外地板等等。
物流建筑:物流车、物流托盘、建筑模板、隧道模板
聚双环戊二烯(PDCPD)是由双环戊二烯(DCPD)经有机金属催化聚合而成。原料DCPD主要来源于来源于石油裂解制乙烯和煤炭炼焦中的C5、C9副产物。
PDCPD制品在生产中一般采用反应注射成型(RIM)工艺,基于高纯度的DCPD(≥99%)经过开环移位聚合反应制得。在成型过程中,将原料分为A、B两组分,A组分包括DCPD、助催化剂、调节剂、添加剂,B组分包括DCPD、主催化剂、调节剂、添加剂。精确计量后,将A、B液在混合头中快速混合均匀,注入预热好的模具,在极短的时间内引发聚合反应,生产出大型的或形状复杂的制件。PDCPD制品生产过程不涉水,无废渣产生,产生的边角料和废料可无害再生利用,排放几乎为零。DCPD的聚合反应属于放热反应,成型时不需要高模温,因此,PDCPD在原材料制备和成型加工的过程中所需要的能量低于PC、PA等传统的塑料。根据大成普瑞公司官网,每生产1 kg PDCPD制品所需的能源仅为生产同等质量的PP制品的1/4,PC制品的1/10。
PDCPD的生产壁垒主要在两方面:一是原料方面,纯度较高的DCPD生产困难。RIM成型工艺需要纯度99%以上的DCPD单体,需要较高水平的C5分离技术。二是选择合适的催化体系是工艺的关键。在DCPD的开环移位聚合中,金属卡宾(M=CHR)是活性中心,目前得到广泛应用的DCPD的开环移位催化体系分为两种:(1)经典双组分催化体系,一般由第一组分催化剂和第二组分催化剂组成,两者反应后产生卡宾结构的活性种引发反应。(2)本身结构就含有金属卡宾,可以引发聚合的单分子催化剂。 聚双环戊二稀(PDCPD)生产分布主要集中在:美国、日本以及新兴发展起来的中国。根据QYResearch数据,全球PDCPD主要厂商有Metton(Sojitz)、RIMTEC(Zeon)、Materia等。2021年这三大厂商共占有超过95%的市场份额。国内主要生产企业是大成睿普有年产10万吨PDCPD-RIM组合配方料生产基地。 20世纪90年代初,国内一些科研机构开始跟踪国际前沿,开始了聚双环戊二烯材料方面的探索,进行了实验室研究。但由于我国的石化产业相对落后,原料双环戊二烯产量很少,加上国内对聚双环戊二烯制品的需求基本没有市场。而且,也由于PDCPD技术长期被美日垄断,原料提纯技术和模具工艺设计等因素制约,导致推广应用的成本较高,中国在该领域的发展进展缓慢,市场认知度也不高,造成了国内对于双环戊二烯应用研究和聚双环戊二烯材料技术开发研究一度停滞不前。 进入新世纪,随着我国石油化工的发展,我国石化生产中的碳5馏分产量逐年增加,已可满足聚双环戊二烯材料制品生产的需求。国内对聚双环戊二烯材料性能和应用的认识也逐步深入,应用需求越来越多。从事生产或研究PDCPD材料的企业不断取得科研突破。 2015年成立的PDCPD新材料产业联盟是目前国内PDCPD制品主要生产组织,目前该联盟主要公司大成睿普在固镇建立全球最大10万吨原料生产基地和制品生产基地。大成普瑞公司PDCPD-RIM配方料使用钨钼催化剂体系,采用C9馏分的DCPD,从根本上改变中国PDCPD配方料完全依赖进口的被动局面,目前年产10万吨PDCPD-RIM组合配方料生产基地已经投产,并实现向欧洲出口。 华锦股份与河南科技大学合作,于2021年成功完成“高压反应注射成型聚双环戊二烯”小试实验。上海石化在2021年成功完成“基于PDCPD(聚双环戊二烯)基碳纤维复合材料的开发”课题研究,形成具有自主知识产权的PDCPD基碳纤维复合材料制备关键技术。2023年11月末,中国兵器北方华锦化学工业集团有限公司玻纤增强聚双环戊二烯项目中试一次成功,产品各项性能均超过预期,部分指标超越了国外同类产品。 PDCPD材料可以代替玻璃钢和铝合金等材料应用到新能源汽车的壳体以及其他部件中达到轻量化的效果,还可以进行回收利用,达到节约资源、降低排放、适应时代的目的。随着人民生活质量的提高、国家环保事业的发展、汽车轻量化的推广运用、实现可持续产业的深入推进,PDCPD产业前景广阔。 不过目前我国PDCPD产业尚处于成长期,PDCPD材料的普及程度相对较低,没有形成规模应用;原材料DCPD来源及价格原因,成本相对较高;制品有气味,应用场景受限;模具成本高,小企业不敢涉足;复合增强与成型技术开发不成熟,不能满足特殊场景。国内PDCPD基本的催化剂体系、生产设备、工艺以及相关产品的整体研发实力,还十分薄弱,国内PDCPD产业有较大的提升空间。 10月24日-25日在江苏南京召开的"2024碳五/碳九产业链创新发展论坛",张玉清教授将对聚双环戊二烯作精彩分享。
1999年毕业于浙江大学高分子材料科学与工程系,获博士学位;2002年在韩国全北国立大学做博士后。原机械部跨世纪学术骨干,洛阳市优秀专家,河南省教育厅学术技术带头人。曾任河南科技大学化工学院院长,河南科技大学“高分子科学与纳米技术实验室”主任,洛阳市高分子纳米复合材料重点实验室主任,河南科技大学高分子化学与物理学科带头人。 出版著作4部,发表论文100余篇,获得授权发明专利50多项。近年来我国不断投产建设大型炼化一体的项目,进一步带动了国内乙烯产业快速发展,乙烯裂解产能的不断投产,为国内碳五、碳九资源综合利用产业创造有利的资源条件。同时,我国以环烯烃、高性能橡胶等为代表的碳五,碳九高附加值下游材料不断取得技术突破。为碳五、碳九行业的高质量发展奠定了基础!为促进碳五、碳九资源的高效利用,山西碳和新材信息咨询有限公司拟定于2024年10月24日-25日在江苏省南京市召开“2024碳五/碳九产业链创新发展论坛”。将邀请行业内的专家学者分享行业发展趋势、下游高端产品开发与应用等热点内容。具体通知如下:主办单位:
山西碳和新材信息咨询有限公司
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支持媒体:
烯烃产业创新与发展研习社(公众号)
高性能树脂及应用(公众号)
新能源创新材料(公众号)
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(注:以上费用包含会议注册费、资料费、会议期间用餐)
裂解碳五、碳九综合利用市场及技术展望;
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----大连理工大学 梁长海 教授/博导/成都研究院院长
高性能合成橡胶及其单体发展趋势;
------中科院长春应用化学所 白晨曦 研究员
聚双环戊二烯研究进展及工业化应用前景;
------河南科技大学 张玉清 教授
异戊二烯催化转化构建萜类化合物;
------中国科学院大连化学物理研究所 陈庆安 研究员
基于环戊二烯构建可自发泡聚芳醚酮;
------河北工业大学 刘宾元 教授
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------南京师范大学 顾正桂 院长/教授/博导
碳九芳烃烷基化制均四甲苯技术(方向);
------中海油天津院 王银斌 高工
催化异戊烯二聚制备异癸烯研究;
------常州大学 刘平 教授
加氢石油树脂的开发和改性及下游应用;
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戊二烯合成异戊烯醇和柠檬醛的工艺研究;
------山东理工大学 李玉超 副教授
功能化环状聚烯烃COC/COP研究进展;
------安徽大学滁州研究院 王福周 副院长 副教授
以裂解碳九为原料制取高纯DCPD技术进展;
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环状聚烯烃及其前体降冰片烯合成工艺的开发;
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铁系梳枝丁戊橡胶产品开发与应用;
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