我們離二氧化硅直接合成DMC工業(yè)化還有多遠(yuǎn)

　　2014年硅氟產(chǎn)業(yè)發(fā)展交流合作大會(huì)上，楊曉勇說： “2014年3月18日，美國一家網(wǎng)站公開發(fā)表了鮑爾州立大學(xué)化學(xué)系研究人員的研究成果：在室溫下采用電化學(xué)的方法，以正己烷作溶劑，將硅石與甲醇反應(yīng)，直接獲得D3、D4和D5硅氧烷單體混合環(huán)體，甲醇轉(zhuǎn)化率幾乎是100%，而反應(yīng)電壓只有2.7～3V。我看到這條消息有些震驚，這個(gè)技術(shù)一旦開發(fā)成功，將給全球有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)帶來革命性變革。新工藝直接用硅石原料，省去了電解還原金屬硅的步驟，這樣就能大大降低有機(jī)硅單體合成的能源消耗，成本也會(huì)隨之大幅降低。如果未來三五年這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，對(duì)我國現(xiàn)有的機(jī)硅單體生產(chǎn)企業(yè)將是巨大的沖擊。”

　　事實(shí)上，自聚硅氧烷作為新型材料得到廣泛應(yīng)用之后，采用二氧化硅直接合成聚硅氧烷的科學(xué)探索就一直沒有停止過，最早采用此方法合成聚硅氧烷研究文獻(xiàn)可以追溯到60年代，但難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。美國、日本和歐洲的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也將此作為化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)課題。

　　傳統(tǒng)的有機(jī)氯硅烷合成是采用金屬硅和氯甲烷作為主要原料，而金屬硅的生產(chǎn)原料就是自然界的石英(二氧化硅)。由石英制造金屬硅采用碳還原法，即：

　　SiO2 + C = Si + CO2

　　我們知道Si-O鍵能為422.5kJ/mol，可想而知該反應(yīng)所需的能耗巨大，能耗占到金屬硅成本的70%左右，目前生產(chǎn)1噸金屬硅的電耗在13000kwh – 15000kwh.。

　　金屬硅與氯甲烷合成為混合甲基氯硅烷后，通過分離技術(shù)得到純凈的二甲基二氯硅烷，再通過水解、裂解（詞條“裂解”由行業(yè)大百科提供）工藝，得到我們需要的DMC。這個(gè)過程同樣能耗巨大，而且裝備投資密集，是目前基礎(chǔ)工廠的主要能耗單元。

　　可想而知，如果采用石英直接合成DMC能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，對(duì)有機(jī)硅行業(yè)而言將是一場(chǎng)顛覆性的革命，就像微信顛覆了傳統(tǒng)的短信、圖片、語音等信息傳遞技術(shù)一樣，必將改變有機(jī)硅行業(yè)的現(xiàn)有格局，引發(fā)全球有機(jī)硅領(lǐng)域內(nèi)的新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

　　那么，我們離二氧化硅直接合成聚硅氧烷還有多遠(yuǎn)?

　　現(xiàn)在，讓我們先回顧一下有機(jī)硅工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史：

　　1941年，Rochow發(fā)明了直接法合成甲基氯硅烷，并申請(qǐng)了專利保護(hù);緊接著Muller也在自己研究成果的基礎(chǔ)上，申請(qǐng)了直接法專利。

　　943年，Dow化學(xué)與Corning玻璃公司合資成立了Dow Corning公司。采用格利雅法生產(chǎn)有機(jī)氯硅烷，進(jìn)而生產(chǎn)聚硅氧烷。

　　1947年，General Electric 公司成立，并采用直接法生產(chǎn)有機(jī)氯硅烷。至此Rochow直接法得到了工業(yè)應(yīng)用。

　　1951年—1960年，德國瓦克、拜耳，法國羅納普朗克，日本信越化學(xué)，美國聯(lián)合碳化（詞條“碳化”由行業(yè)大百科提供）物均采用直接法工藝生產(chǎn)甲基氯硅烷。

　　直到上世紀(jì)70年代初期，發(fā)達(dá)國家的直接法合成甲基氯硅烷生產(chǎn)工藝趨于成熟，同時(shí)，聚合物研發(fā)和應(yīng)用成果頻出，有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的格局開始顯現(xiàn)。

　　古語說：溫故而知新。對(duì)于直接法合成甲基氯硅烷工藝而言，從申請(qǐng)專利到工業(yè)化試生產(chǎn)用了六年的時(shí)間，到工業(yè)化成熟并形成規(guī)模化用了近30年的時(shí)間。

　　我國的有機(jī)硅工業(yè)起步于1952年，北京化工試驗(yàn)所(沈陽化工研究院前身)采用格利雅法生產(chǎn)有機(jī)氯硅烷。

　　1956年，沈陽化工研究院成立，開始直接法合成甲基氯硅烷試驗(yàn)。

　　1958年，沈陽化工研究院、北京化工研究院和吉化公司開始建設(shè)直接法合成甲基氯硅烷實(shí)驗(yàn)性工業(yè)裝置。

　　上世紀(jì)70年代，以吉化、北二化、星火為主體的企業(yè)，陸續(xù)開始進(jìn)行百噸級(jí)、千噸級(jí)的直接法氯硅烷合成工業(yè)裝置試驗(yàn)和生產(chǎn)。

　　1991年，星火萬噸級(jí)有機(jī)硅單體工業(yè)性試驗(yàn)裝置投產(chǎn)。

　　1998年，星火萬噸級(jí)有機(jī)硅單體裝置正常生產(chǎn)。

　　2004年，星火5萬噸/年有機(jī)硅單體裝置投產(chǎn)，并達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　對(duì)于中國有機(jī)硅單體行業(yè)而言，從研究開發(fā)到形成產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化用了近50年的時(shí)間。當(dāng)然，這里有當(dāng)時(shí)的社會(huì)、政治和文化教育等多從背景的影響。

　　在信息高度暢通、科技高度發(fā)展、人才高速流動(dòng)的今天，很多的科技成果產(chǎn)業(yè)化的案例告訴我們：一個(gè)科研成果的工業(yè)化取決于這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的工程化技術(shù)的沉淀，取決于專業(yè)人員的素質(zhì)，更取決于企業(yè)決策者敢于冒險(xiǎn)的精神。

　　現(xiàn)在，鮑爾州立大學(xué)的成果還未完全公開，何時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化還有待了解和分析。但我覺得，國內(nèi)的有機(jī)硅單體生產(chǎn)企業(yè)不必過度對(duì)此憂慮，把現(xiàn)有的裝置開出水平，把現(xiàn)有的技術(shù)升級(jí)到一個(gè)更高的水平，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理、技術(shù)、效益的持續(xù)進(jìn)步才是當(dāng)前的大事。【完】