編者按

最高層日前指出，“積極有序發(fā)展光能源、硅能源、氫能源、可再生能源”。由此，“硅能源”成為2022開年伊始市場關(guān)注度最高的詞匯之一。為深入理解硅能源的意義，我們選取了2006年一篇原標題為《有機硅——未來高分子材料的王者》（作者：田文新 朱旭）的舊文，以期以管窺豹。

雖然是16年前的文章，但這篇研究內(nèi)容至今讀起來仍不過時，甚至可以說依然前沿。

正文

過去100 年中，以石油為原料生產(chǎn)的高分子合成樹脂、合成橡膠已給我們的生活帶來了豐富多彩的塑膠、化纖制品，它標志著人類穿衣、穿鞋、生活家居不再完全依賴棉、絲、麻、木等天然資源。

但是，由于石油經(jīng)過人類多年的開采，儲量日益減少，已使全球石化行業(yè)感到了前所未有的資源壓力，也使全球戰(zhàn)爭自二次世界大戰(zhàn)到現(xiàn)在一直炮火連天，甚至愈演愈烈，給我們的生存環(huán)境造成了嚴重污染，資源造成了巨大浪費。

《石油的終結(jié)》是由美國學者保羅圠伯茨在美國發(fā)生“9·11”事件后所著，這本書給我們傳達的信息是：“我們目前的能源體系正在走向失敗，下一個能源經(jīng)濟的輪廓正在形成，不管我們是否愿意，它都在醞釀著……”他引用一句話說：石器時代的結(jié)束并不是世界上沒有了石頭，而是找到了更好的替代工具。

如果我們選用二氧化硅(石頭、砂子)，這一地球儲量極其豐富的資源，來生產(chǎn)有機硅，并用它替代石油材料生產(chǎn)衣服、鞋子、塑料家具、汽車、樓房等生活用品，那么，我們的世界將會變成更加美麗的充滿著人類智慧光芒的新世界。這，已不再是夢想，她將在不久的將來，用我們自己的雙手逐一實現(xiàn)。

有機硅材料工業(yè)的現(xiàn)狀（2006年）

從上世紀40年代合成出有機硅樹脂、硅油、硅橡膠到現(xiàn)在已有60多年時間，在這段時間里，各項工藝技術(shù)都發(fā)生了巨大變化，尤其是近二十年，全球有機硅工業(yè)，從硅粉加工到單體合成以及中間體聚合都達到了技術(shù)成熟、產(chǎn)量猛增的高速增長期。

目前，全球硅氧烷的產(chǎn)能約1130kt/a，比1995年的550-650kt/a增加了近一倍，年均增長率為7%。按產(chǎn)業(yè)劃分，有機硅的消費構(gòu)成為橡膠、樹脂、涂料、纖維、紙張、化妝品等化工關(guān)聯(lián)行業(yè)40%，電子電器20%，土木建筑20%，其它20%。

近十年來，我國有機硅工業(yè)在全國科技工作者和行業(yè)同仁的共同努力下，從技術(shù)到產(chǎn)量方面都縮小了與世界發(fā)達國家的差距。在RTV建筑密封膠，HTV高溫膠、硅油、硅烷偶聯(lián)劑生產(chǎn)技術(shù)方面均已達到或接近世界先進水平。

但是，我國目前單體(甲基氯硅烷)產(chǎn)量遠遠達不到有機硅市場發(fā)展的需要，即使到兩年后，全部單體加起來還不到500kt/a。這一現(xiàn)狀已嚴重制約了我國有機硅工業(yè)的發(fā)展。

市場對有機硅制品的需求

隨著世界石油價格不斷攀升，石油制品價格一路猛漲，加上石油產(chǎn)品性能在很多方面趕不上有機硅，許多有遠見的人士已將開發(fā)眼光轉(zhuǎn)到有機硅制品上來。

特別是近十年，在電子、電器、建筑、五金、家具、醫(yī)療、汽車、化工、機械等，工、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域像雨后春筍般，冒出了許多新的制品。如：手機、計算機、遙控器等按鍵，電力絕緣端子，硅膠腕帶，嬰兒奶嘴，汽車密封環(huán)等。但是，這些硅膠制品相對于石油塑料、橡膠制品而言，不過是鳳毛麟角而已。

我在2005年先后到過溫州和揚州參加過幾次合成革和合成纖維的行業(yè)論壇，了解到合成革膠漿用量僅溫州地區(qū)就有100多萬噸/年，全國化纖用樹脂和膠漿約有1500多萬噸/年。如果用有機硅來替代上述原料，單從產(chǎn)量上講，即使把全世界有機硅加起來，也遠遠滿足不了我國市場的需要。

新型有機硅制品的開發(fā)

有機硅制品的開發(fā)量大面廣，幾乎包括石油制品的大部分品種。但是，要想真正意義上的替代，還有很長的路要走。

2005年我們先后于4月和6月申請了兩項發(fā)明專利，一是《透氣有機硅合成革及其制作方法》公開號：CN170223A;現(xiàn)已生產(chǎn)出非常理想的樣品。二是《有機硅聚合物合成纖維及其生產(chǎn)工藝》公開號：CN1710162A;并已申請了PCT國際專利，使其在全球128個成員國受到專利保護。

下面重點介紹2005年4月21日最新申請的國家發(fā)明專利產(chǎn)品：《透氣有機硅合成革》。

1、有機硅合成革開發(fā)目的、品種及市場簡述

(1) 目的：有機硅合成革的開發(fā)目的是：開發(fā)透氣、環(huán)保、質(zhì)優(yōu)的合成革，增加合成革花色品種，提高我國合成革產(chǎn)品在全球市場的競爭力。

目前，生產(chǎn)合成革的彈性材料主要為聚氨酯橡膠(PU)和彈性聚氯乙烯(PVC)溶膠兩種，這兩種材料均為石油產(chǎn)品，存在的最大缺陷為不透氣，并會對人體皮膚、呼吸道產(chǎn)生一定的不良影響，因此限制了合成革在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

開發(fā)有機硅合成革，是因為有機硅高分子彈性體，具有：透氣、環(huán)保、無毒、生理相融性能優(yōu)、防水、抗污、柔順、滑爽、疏水、阻燃、防臭、耐大氣老化30-50年，耐低溫-高溫：-73—260℃等特性。

開發(fā)有機硅合成革，另有以下幾點考慮：一是石油面臨著枯竭的危機。二是時代和市場對環(huán)保產(chǎn)品的呼喚;三是人類提高生活質(zhì)量的迫切需要;四是全球需要構(gòu)建和諧社會，保護動物，保護環(huán)境。五是有機硅高分子材料將取代石油高分子材料，成為未來新型高分子材料產(chǎn)品的新秀。

(2) 品種及特點：有機硅合成革開發(fā)的品種，是將有機硅高分子彈性體與功能性納米材料進行有機結(jié)合，它將成為當今世界最前沿的納米高分子新材料。其品種有：①防水透氣革;②抗菌除臭革;③防紫外線革;④防老化革;⑤防輻射革;⑥抗靜電革;⑦保健革;⑧蓄熱保溫革;⑨隱身革;⑩免洗革等品種。

有機硅合成革的特點：有機硅合成革與有機硅橡膠布有結(jié)構(gòu)和滑爽方面的區(qū)別。有機硅合成革為三層結(jié)構(gòu)，它是由基布-硅膠-表面涂飾層構(gòu)成。具有滑爽、透氣、耐溫、耐候等有機硅多層復合材料特有的優(yōu)秀品質(zhì)。

(3)市場運作：商品名：喜麗康(喜氣、靚麗、健康)合成革。簡稱：“喜麗革”。又名：喜麗康賽真革。英文名：Silicone Synthetic Leather縮寫：SSL有機硅合成皮革。

(4)市場應(yīng)用前景分析

綜上所述，鑒于各種“喜麗革”的特種功能，有機硅合成革的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，可用于家具、鞋、帽、服裝、建筑、包裝、醫(yī)療衛(wèi)生、車輛、航空、航天、軍隊、艦船、農(nóng)業(yè)保鮮、保溫等領(lǐng)域。其市場應(yīng)用前景將會非常廣闊。

2、有機硅合成纖維的開發(fā)及應(yīng)用前景分析

從1938年起，以石油為原料的合成纖維工業(yè)的歷史已接近70年，在四大合成纖維品種——聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈和聚丙烯纖維原料因石油危機而感到前途渺茫時，我們開發(fā)了有機硅合成纖維，并于2005年6月3日申請了國家發(fā)明專利。

有機硅合成纖維具有許多石油類合成纖維不具備的優(yōu)點，如：耐高低溫、耐老化、透氣、疏水等特性。這些性能足以改變?nèi)藗儗ΜF(xiàn)有合成纖維存在缺點的看法。有機硅彈性體是最早用鈉米材料改性的高分子聚合物之一，有機硅合成纖維是這兩者完美結(jié)合的閃亮結(jié)晶。

(1)有機硅合成纖維品種開發(fā)

有機硅合成纖維的基礎(chǔ)材料主要由兩部分組成：一是有機硅高分子聚合物(硅橡膠和有機硅樹脂及有機硅改性烴類高聚物)及硫化體系;二是超細納米級功能性粉體;這兩部分經(jīng)過特殊工藝結(jié)合后，可生產(chǎn)出絢麗多彩，功能各異的新型合成纖維。

(2)有機硅合成纖維的商業(yè)名：喜麗康(喜氣、靚麗、健康)合成絲。簡稱：“喜麗絲”。英文名：Silicone Synthetic fibre。(縮寫：SSF)有機硅合成纖維。

(3)有機硅合成革和合成纖維應(yīng)用前景及經(jīng)濟效益分析 我國專利法規(guī)定：專利保護期限為20年。僅拿服裝、鞋、帽、箱、包行業(yè)計算：按最保守數(shù)字，在18年間，兩項專利在全球所創(chuàng)效益將是非常驚人的。如將建筑、車輛、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療、保健等領(lǐng)域計算在內(nèi)，其投資回報，將更加可觀……

上述簡要介紹了部分有機硅合成革和合成纖維的品種開發(fā)及市場前景。要想實現(xiàn)上述目標，還需要既具有科研和經(jīng)濟實力，又有創(chuàng)新發(fā)展眼光的合成革公司和合成纖維公司與有機硅行業(yè)一道，共同參與科研開發(fā)和市場推廣工作。 

展望

當今世界因石油短缺而造成的能源危機日趨嚴重，石油高分子聚合物市場價位不斷攀升，大量使用石油產(chǎn)品已給環(huán)境和生態(tài)造成巨大污染及嚴重破壞。石油這一很難再生的一次能源正逐步走向枯竭。有機硅這一清潔、環(huán)保、可再生的新材料，正丟掉“工業(yè)味精”的小鞋，闊步走向世界主導材料的舞臺。

用有機硅制品替代石油制品，標志著人類將石頭變成衣服、鞋子的時間只需要一個月時間，甚至更短;它的意義在于人類將永遠不再受億萬年才能形成的有限的石油資源的束縛。

我們可以展望一下未來的有機硅世界，在衣、住、行三個方面的表現(xiàn)：

1、服裝、鞋、帽、手套(衣)：有機硅合成革和合成纖維可用于生產(chǎn)紡織、皮革服裝、鞋、帽等與人體接觸的所有制品。

2、建筑(住)：有機硅涂料、膠粘劑，有機硅門、窗，有機硅耐侯、無毒、環(huán)保輸水管，有機硅柔性幕墻，超輕大跨度有機硅柔性房頂，帳篷等。

3、交通工具(行)：汽車這一凝聚著時代高科技的流動建筑，已給有機硅提供了廣闊的發(fā)展空間，我們可以設(shè)想未來用有機硅材料制造汽車的模樣：

發(fā)動機殼體、車身-用高強度、耐高溫硅樹脂模塑料澆鑄而成;面漆-用硅丙、硅氟高光、亞光防污抗靜電、抗劃傷涂料;車輪-用有機硅橡膠輪胎;內(nèi)飾：車頂蓬、車座-用硅橡膠泡沫，面料用高強度、高透氣性有機硅阻燃合成革、合成纖維;

油料-用有機硅潤滑油和有機硅剎車油;信息控制系統(tǒng)-用有機硅光纜控制系統(tǒng);油路-用硅氟橡膠管;電路-用硅氟橡膠電線;燃料電池電動轎車-用硅氟橡膠質(zhì)子交換膜;總之，現(xiàn)在使用的絕大部分汽車材料，將來都可用有機硅材料取代。

當然，要想實現(xiàn)上述目標，還有很長的路要走，我們堅信：在大家共同努力下，有機硅高分子材料終將在未來高分子領(lǐng)域占有統(tǒng)領(lǐng)的地位。

建議

1、建議有機硅專業(yè)委員會，組織多行業(yè)專家，論證有機硅材料逐步融合及取代石油高分子材料可行性及方法。

2、組織行業(yè)專家撰寫專論：《未來的有機硅世界》，為有機硅產(chǎn)業(yè)指明未來發(fā)展方向,并提供理論依據(jù)。

3、將大力發(fā)展有機硅材料工業(yè)，作為我國未來材料工業(yè)的一次革命,并進行廣泛宣傳。

4、向國家相關(guān)部門提交議題：將大力發(fā)展有機硅材料工業(yè)，作為我國材料工業(yè)發(fā)展的一項國策，放在發(fā)展新能源、新材料同等重要的位置上。力爭將大力發(fā)展有機硅材料工業(yè)，列入今后若干個“五年計劃”或 “863計劃” “火炬計劃”等。

5、希望有機硅行業(yè)更多地與其他行業(yè)進行學術(shù)和信息交流，組織專家、學者進行跨行業(yè)技術(shù)攻關(guān)，使有機硅材料這一具有: 資源極其豐富、環(huán)保、高性能、可再生的新材料，為人類做出更大地貢獻。

引申閱讀

1.概念

有機硅，即有機硅化合物，是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。

其中，以硅氧鍵（-Si-O-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90%以上。

2.產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史

有機硅雖然應(yīng)用非常廣，但其歷史不過一百多年。

1863年，法國化學家弗里德爾（C.Friedel)及克拉夫茨（J.M.Crafts)從SiCl4與ZnEt2出發(fā)，在160℃下的封管中反應(yīng)，制得了第一個含Si-C鍵的有機硅化合物SiEt4。

1872年，拉登堡（A.Ladenburg)使用ZnEt2、Si(OEt)3Cl與Na反應(yīng)，制得了帶硅官能基的硅烷。兩年后，他又從HgPh2與SiCl4出發(fā)，在封管中制得了PhSiCl3。

1885年，波利斯（A.Polis）應(yīng)用納縮合法(即Wurtz反應(yīng))制得SiPH4等。一直到1903年，許多化學家為有機硅化學誕生付出了心血。人們習慣將這一階段稱為有機硅化學的創(chuàng)始期。

英國化學家基平（F.S.Kipping）從1898年到1944年對有機硅化學進行了廣泛而深入的研究，先后發(fā)表論文57篇。他的突出貢獻之一是將格利雅（Grignard）反應(yīng)用于合成不同官能度的可水解硅烷，并成為日后有機硅工業(yè)的基礎(chǔ)。

在此期間，迪爾塞（W.Dilthey）幾乎與基平同時應(yīng)用格利雅法合成了有機硅化合物。接著他又將Ph2SiCl2水解成Ph2Si(OH)2，并進而縮合得到六苯基環(huán)三硅氧烷（Ph2SiO）3,這是第一個環(huán)狀硅氧烷化合物，對推動聚硅谷氧烷的發(fā)展起到良好的作用。后人稱這段時間為有機硅的成長期。

進入20世紀30年代末，美國康寧玻璃公司的海德（J.F.Hyed），通用電氣公司的帕諾德（W.J.Patnode）及羅喬（E.G.Rochow）,前蘇聯(lián)的多爾高夫及安德里諾夫以及德國的米勒等認識到有機硅聚合物的應(yīng)用前景，開始探索具有玻璃性能的耐熱性有機聚合物。先制成了硅樹脂，1940年又制得了二甲基硅油。

1941年Rochow發(fā)明了直接法合成有機氯硅烷，緊接著米勒也申請了直接法專利。1942年美國道化學公司建成了甲基苯基硅樹脂及二甲基硅油中間試驗裝置。1943年，道化學與康寧玻璃公司合資成立道康寧公司，專門從事有機硅的生產(chǎn)與研究。1947年，通用電氣公司成立有機硅部（后賣給了阿波羅私募基金，成為現(xiàn)在的邁圖有機硅）。

進入50年代，德國的瓦克（Wacker,1951）拜耳（Bayer,1952后與GE合資），及戈特斯密特（Goldschmidt）;日本的信越化學（1953），東京芝浦電氣（1953年并入東芝有機硅公司，后與GE合資）及東麗有機硅公司（1966，后與DC合資，并以DC為主）；法國的羅納-普朗克（Rhone-Poulenc,后并入我國的藍星）等紛紛建立有機硅生產(chǎn)裝置。

1938年至1965年間，由于單體產(chǎn)量及產(chǎn)品品種的增加，分離純化動技術(shù)的進步及聚合工藝的改進，各種硅油，硅橡膠及硅樹脂產(chǎn)品相繼問世。人們稱這一階段為有機硅的發(fā)展期。

1965年以后，各工業(yè)發(fā)達國家的有機硅開發(fā)研究，工業(yè)生產(chǎn)及推廣應(yīng)用已進入全面發(fā)展的新階段。

中國的有機硅技術(shù)開發(fā)起步于1952年。當時，北京化工試驗所（沈陽化工研究院前身）重點開發(fā)格利雅法合成有機氯硅烷技術(shù)，上海有機化安所（中國科學院化學研究所前身）側(cè)重研究硅氧烷的平衡與聚合。

1956年，沈陽化工研究院建成有機硅中間試驗車間，1958年上海樹脂廠建成直接法合成有機氯硅烷生產(chǎn)裝置。1967年北京化工研究院及沈陽化工研究院有機硅部分并入晨光化工研究院。1968年，星火化工廠成立（藍星有機硅的前身）這期間有機硅研究單位及生產(chǎn)廠家發(fā)展較快。

現(xiàn)今，中國已成為有機硅材料最大的消費國與生產(chǎn)國。