合成樹脂

合成樹脂，是一種人工合成的一類高分子量聚合物。是兼備或超過天然樹脂固有特性的一種樹脂。ASTM D883-65T將合成樹脂定義為分子量未加限定但往往是高分子量的固體、半固體或假（準） 固體的有機物質，受應力時有流動傾向，常具有軟化或熔融範圍並在破裂時呈貝殼狀。

在實際套用中它一方面常與聚合物甚至塑膠同義使用，特別是指由單體通過聚合反應所生成的未加任何助劑或僅加有極少量助劑的基本材料。此外，也有時用於代表未固化的流動性熱固性聚合物材料。

世界三大合成材料包括合成樹脂、合成橡膠和合成纖維。合成樹脂是產量和消費量最高的合成材料。

基本介紹

• 中文名：合成樹脂
• 外文名：synthetic resin

套用領域

合成樹脂最重要的套用是製造塑膠。為便於加工和改善性能，常添加助劑，有時也直接用於加工成形，故常是塑膠的同義語。合成樹脂在塑膠中的含量一般在40~100%由於含量大，而且樹脂的性質常常決定了塑膠的性質，所以人們常把樹脂看成是塑膠的同義詞。例如把聚氯乙烯樹脂與聚氯乙烯塑膠、酚醛樹脂與酚醛塑膠混為一談。其實樹脂與塑膠是兩個不同的概念。樹脂是一種未加工的原始聚合物，它不僅用於製造塑膠，而且還是塗料、膠粘劑以及合成纖維的原料。而塑膠除了極少一部分含100%樹脂外，絕大多數的塑膠，除了主要組分樹脂外，還需要加入其他物質。

合成樹脂還是製造合成纖維、塗料、膠粘劑、絕緣材料等的基礎原料，廣泛使用的樹脂混凝土也以合成樹脂為膠凝材料。由於合成樹脂和其他競爭材料相比具有明顯的性能和成本優勢，其套用滲透到國民經濟各個方面。包裝是合成樹脂最大市場，其次是建築用品。電子、電氣和汽車也是合成樹脂很重要的套用領域。其他市場還有家具、玩具、娛樂用品、家用器具和醫療用品等。

基本種類

合成樹脂種類繁多。

合成樹脂工業產品可分為通用樹脂和專用樹脂。通用樹脂產量大，成本低，一般用於通用消費品或耐用商品，代表性的品種有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS五大類合成樹脂；專用樹脂一般指為專門用途而生產的樹脂，產量較小，生產成本較高，例如可替代金屬用於機械、電子、汽車等部門，工程塑膠就屬於專用樹脂的範疇。重要的工程塑膠有聚醯胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚對苯二甲酸丁二醇酯、改性聚苯醚及聚四氟乙烯等。另一類專用樹脂是熱塑膠彈性體，它具有類似橡膠的彈性，加熱時又可重複成型。

根據化學組成，合成樹脂又可大致分為兩個類別：一種主鏈僅由脂肪族碳原子構成，通用樹脂基本屬於這一類別；另一種合成樹脂在主鏈中除碳原子外還含有氧、氮和硫等，大部分工程塑膠是由雜鏈聚合物構成的。

根據工程性能，合成樹脂又可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。其差別主要來自於聚合物的化學組成和分子結構。熱塑性樹脂分子鏈結構為線型或帶支鏈型的，受熱後可塑化（或稱軟化、熔化）和流動，並可多次反覆塑化成型。典型的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性樹脂可以快速成型，並可重複成型。熱固性樹脂屬立體型結構的高分子聚合物，在分子鏈中含有多官能團大分子，在有固化劑存在和受熱、加壓作用下可軟化（或熔化）並同時固化（或熟化）成為不溶、不熔的高聚物。通用的典型熱固性樹脂有苯酚-甲醛樹脂（俗稱酚醛樹脂）、脲-甲醛樹脂（俗稱脲醛樹脂）、三聚氰胺甲醛樹脂（俗稱密胺甲醛樹脂）、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯等。

製備方法

合成樹脂為高分子化合物，是由低分子原料――單體（如乙烯、丙烯、氯乙烯等）通過聚合反應結合成大分子而生產的。工業上常用的聚合方法有本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合、溶液聚合、淤漿聚合、氣相聚合等。生產合成樹脂的原料來源豐富，早期以煤焦油產品和電石碳化鈣為主，現多以石油和天然氣的產品為主，如乙烯、丙烯、苯、甲醛及尿素等。

本體聚合

本體聚合是單體在引發劑或熱、光、輻射的作用下，不加其他介質進行的聚合過程。特點是產品純潔，不需複雜的分離、提純，操作較簡單，生產設備利用率高。可以直接生產管材、板材等質品，故又稱塊狀聚合。缺點是物料粘度隨著聚和反應的進行而不斷增加，混合和傳熱困難，反應器溫度不易控制。本體聚合法常用於聚加基丙烯酸甲酯（俗稱有機玻璃）、聚苯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酯和聚醯胺等樹酯的生產。

懸浮聚合

懸浮聚合是指單體在機械攪拌或振盪和分散劑的作用下，單體分散成液滴，通常懸浮於水中進行的聚合過程，故又稱珠狀聚合。特點是：反應器內有大量水，物料粘度低，容易傳熱和控制；聚合後只需經過簡單的分離、洗滌、乾燥等工序，即得樹脂產品，可直接用於成型加工；產品較純淨、均勻。缺點是反應器生產能力和產品純度不及本體聚合法，而且，不能採用連續法進行生產。懸浮聚合在工業上套用很廣。

乳液聚合

乳液聚合是指藉助乳化劑的作用，在機械攪拌或振盪下，單體在水中形成乳液而進行的聚合。乳液聚合反應產物為膠乳，可直接套用，也可以把膠乳破壞，經洗滌、乾燥等後處理工序，得粉狀或針狀聚合物。乳液聚合可以在較高的反應速度下，獲得較高分子量的聚合物，物料的粘度低，易於傳熱和混合，生產容易控制，殘留單體容易除去。乳液聚合的缺點是聚合過程中加入的乳化劑等影響製品性能。為得到固體聚合物，耗用經過凝聚、分離、洗滌等工藝過程。反應器的生產能力比本體聚合法低。

溶液聚合

溶液聚合在溶劑存在下進行聚合，所選用的溶劑既要溶解單體又要能溶解聚合物。聚合過程中體系呈均勻的粘稠溶液，聚合體系始終呈均相，連續運轉周期長，易於操作。但體系黏度較大。其優點是均相反應較易控制，分子量及其分布也可適當控制，但溶液聚合體系粘稠，造成傳熱傳質困難和不均一。

淤漿聚合

淤漿聚合時採用一種溶劑或用單體本身作為分散介質，生成之聚合物不溶於分散介質中，而以顆粒狀分散其中，呈淤漿狀。早先有些文獻曾將它歸屬於非均相的溶液聚合。這種聚合特點是體系黏度小，便於攪拌，散熱容易，可用較高的單體濃度，提高單位設備生產率。目前此法可用於高密度聚乙烯、聚丙烯等生產。

氣相聚合

氣相聚合時將氣相單體與催化劑按規定量引入反應器中一步合成，得到乾燥的聚合物。氣相聚合的前提是催化劑選擇性及收率必須足夠高，得到的產品不需脫除殘存催化劑，這樣可大大縮短流程。隨著高活性載體齊格勒催化劑的出現，在製造聚乙烯或聚丙烯方面，氣相聚合迄今已占主流。此外，也可廣泛用於以自由基機理進行的聚合。

加工方法

熱塑性樹脂的固化一般是通過將製品冷卻到玻璃化轉變溫度或熔點之下實現的，而熱固性樹脂是通過加熱發生形成網狀結構的化學反應來達到固化目的。主要加工方法有擠出、壓塑、注塑、吹塑、滾塑、反應注塑、熱成型、發泡等。

歷史發展

一些樹木的分泌物常會形成樹脂，不過琥珀卻是樹脂的化石，蟲膠雖然也被看成樹脂，但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠製成的蟲膠漆，最初只用作木材的防腐劑，但隨著電機的發明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀後，天然產物已無法滿足電氣化的需要，促使人們不得不尋找新的廉價代用品。

早在1872年德國化學家拜耳（A.Bayer）首先發現苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物，但因它們無法用經典方法純化而停止實驗。20世紀以後，苯酚已經能從煤焦油中大量獲得，甲醛也作為防腐劑大量生產，因此二者的反應產物更加引人關注，希望開發出有用的產品，儘管先後有許多人為之花費了巨大勞動，但都沒有達到預期結果。

1904年，貝克蘭和他的助手也開展這項研究，最初目的只是希望能製成代替天然樹脂的絕緣漆，經過三年的艱苦努力，終於在1907年的夏天，不僅制出了絕緣漆，而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人們熟知的“電木”“膠木”或酚醛樹脂。Bakelite一經問世，很快廠商發現，它不但可以製造多種電絕緣品，而且還能制日用品，愛迪生（T.Edison）用於製造唱片，不久又在廣告中宣稱：已經用Bakelite制出上千種產品，於是一時間把貝克蘭的發明譽為20世紀的“鍊金術”。

在1940年以前，以煤焦油為原粒的酚醛樹脂，一直居各種合成樹脂產量之首，每年達20多萬噸，但此後隨著石油化工的發展，聚合型的合成樹脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產量也不斷擴大，隨著眾多年產這類產品10萬噸以上大型廠的建立，它們已成當今產量最多的四類合成樹脂。

到今天，合成樹脂再加上添加劑，通過各種成型方法即得到塑膠製品，塑膠的品種有幾十種，世界年產量在1.2億噸左右，我國也在500萬噸以上，它們已經成為生產、生活及國防建設的基礎材料。

中國現狀

2013年我國合成樹脂生產企業接近830家，產量5 837萬噸，同比增長9.5%。

近年來工程合成樹脂工業的發展勢頭強勁，產量增速明顯快於通用合成樹脂增速，導致五大通用合成樹脂產量在合成樹脂總產量中的比例呈下降趨勢，由2010年的84.1%降至2013年的79.5%。

儘管如此，2013年五大合成樹脂仍保持了較快的擴能速度，隨著武漢大型乙烯裝置及寧波富德外購甲醇制丙烯項目等的投產，國內五大合成樹脂產能大幅增加，到2013年年底五大合成樹脂的產能達到6 400萬噸/年以上。受市場回暖和新建裝置產能釋放的影響，2013年國內五大合成樹脂產量約為4 662萬噸，同比增長11.1%。其中，聚乙烯產量為1 124.3萬噸，同比增加7.3%；聚丙烯產量1 262萬噸，同比增長9.6%；聚氯乙烯產量為1 530萬噸，同比增長16.1%。

我國合成樹脂工業在國產化催化劑、工藝及裝備開發等方面取得令人矚目的成就。和國外先進水平相比，我國合成樹脂工業仍存在一定差距。新建的合成樹脂特大型裝置不少還要依靠引進技術，為生產高端產品一些裝置還必須購買國外的催化劑；國內一些高端產品數量不能滿足市場需求，如國內棚膜用樹脂牌號少，產量低，遠不能滿足功能棚膜生產需求，進口原料占50%左右；國產PP-R管材料與進口料比較還有一定差距，質量有待改進和提高。

世界合成樹脂工業面臨來自中東低成本產品的競爭，為應對競爭，世界大型樹脂生產公司正在將資產向低成本原料的中東地區配置；建設世界級大規模生產裝置，充分利用規模效益；採用更先進的催化劑、工藝技術和更先進的計算機控制、最佳化及管理方案。樹脂行業競爭激烈。在這種形勢下，我國樹脂行業應進一步加強自主創新能力，更好地消化吸收引進技術，更多生產中東裝置不能生產的高端產品，千方百計降低生產成本，應對中東、周邊國家和各大跨國公司合成樹脂產品的競爭。

發展前景

隨著世界經濟格局的變化、美國能源結構的大幅調整以及我國經濟成長方式的改變，在節能環保的大環境下，化工市場競爭格局變化和需求升級都將帶來產業的巨大變化。

從合成樹脂上游裝置原料來看，更趨於多元化、輕質化，以提高產品的競爭力。從需求端來看，對合成樹脂產品提出了綠色、功能化、差異化的要求。從貿易來看，由於美國頁岩氣給其化工產業帶來的低成本優勢，未來將加大對中國的出口。從國內競爭格局看，煤化工、丙烷脫氫制丙烯、甲醇制烯烴都將給傳統的石化行業帶來巨大挑戰。短期來看，國內合成樹脂生產能力增長較大，而需求繼續低迷，2～3年內合成樹脂還將處於微利時期。

面對嚴峻的市場，我國合成樹脂要走技術創新之路。我國合成樹脂企業一要提高產品的技術含量，突破高技術壁壘，鎖定用戶；二要加強產品的技術服務和售後服務，讓用戶在購買成本合適的前提下性價比最高；三要提高產品質量，企業可選擇有競爭力的用戶進行走訪，量身定做產品，根據對方要求加強質量管理、增加認證等，綁定高端客戶。