膜材料市场发展：膜材料产业化应用已有50年的历史

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自18世纪人类认识生物膜以来，开始对膜进行了探索和研究，膜材料产业化应用已有50年的历史。

| 膜材料概念及分类

按照不同的分类标准，可对膜材料进行不同的分类。

根据膜制备材料的不同可分为有机膜和无机膜。

有机膜材料主要有：纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、含氟聚合物等，其中纤维素及其衍生物、聚酰胺、芳香族聚合物是当前最常用的三大类高分子膜材料。

无机膜材料也从早期的氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅膜材料发展至复合膜材料、金属膜材料、分子筛材料、碳材料、固体氧化物电解质膜、陶瓷膜材料等，陶瓷膜材料是当前研究发展的热点。

按照膜的功能可分为分离膜、识别膜、反应膜、能量转化膜和电子功能膜等，其中，分离膜的应用最为广泛。

分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的微滤（MF）；20世纪40年代的渗析（D）；20世纪50年代的电渗析（ED）；20世纪60年代的反渗透（RO）；20世纪70年代的超滤（UF）；20世纪80年代的气膜分离（GS）；20世纪90年代的渗透汽化（PV）和乳化液膜（ELM）等。

超滤、微滤、渗析、反渗透等过程已发展成熟形成产业化。

按照膜结构可分为，平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。

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| 膜材料应用及市场概况

近年来，我国膜材料市场发展迅速，膜材料在电子、石油化工、食品、医药、饮料喝环保等领域得到较广泛的应用。甚至我们的日常生活如保鲜膜、购物袋、纯净水，工业生产、生物医药处处都有膜材料的踪影。

有资料显示，目前国际膜市场的75%分布在美国、欧洲国家和日本，20世纪80年代后膜分离技术的工业化应用迅速发展，新发展了膜蒸馏和渗透汽化等膜分离过程，世界膜产售额已超过100亿美元，年增长率为14%-30%。

1、水处理分离膜

膜技术被称为“21世纪的水处理技术”，微滤、超滤及反渗透技术在饮用水净化，海水、苦咸水淡化，工业废水生活污水处理等领域得到了广泛的应用。

从超微滤膜应用领域来看，国外主要用于饮用水净化处理，废水处理与再利用也占了很大比例。

目前国际上废水回用领域的膜法处理工程已占到总量的95%以上，中国的膜材料也有90%以上用于水处理。

早在2010年上海世博会上，以超滤膜为核心的直饮水系统就为参观世博会的7000万观众提供了健康的直饮水。

中国膜技术包括膜生物反应器（MBR技术）、反渗透、膜集成技术等，在城镇生活污水、工业废水的处理上取得了较大进展，尤其在城镇生活污水处理上已有众多成功运营的典型。

目前中国正在建设的城镇污水处理项目1929个，可新增污水处理规模约4900万立方米⁄天，基本与美国的处理规模相当。

国家环保总局环境规划院的一项预测显示，我国“十二五”和“十三五”时期废水治理投入将分别达1.05万亿和1.39万亿，其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达4355亿元和4590亿元。

目前中国已有一批膜技术应用开发的技术力量和专业化公司，如中国蓝星集团环境工程公司、深圳金达莱公司、北京碧水源公司、厦门威士邦公司、天津膜天膜公司等。

根据中国膜工业协会制定的《分离膜“十二五”规划》，中国在“十二五”期间将大举提高分离膜的自给率，在分离膜全领域形成完备的规模化生产能力并实现进口替代，其中涉及水处理的超滤和微滤膜年产能就将达到4500万-5000万平方米；电驱动膜形成100万-130万平方米的年产能。

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2、建筑膜材料市场

现代膜结构建筑始于1970年大阪世博会上展出的美国馆。其使用的膜材是玻纤织物涂以聚氯乙烯（PVC）树脂。

此后，膜结构建筑得到了快速的发展。上海体育场是我国第一个膜结构建筑的大型体育场，采用玻纤织物涂PTFE树脂的膜材料，但是无论是材料还是设计、施工全部依赖于外国公司。

20世纪膜材基本都以纺织材料为基材（包括玻璃纤维和涤纶，用以织成织物），表面再加以涂层（或贴合）主要有两大类，一类是玻璃纤维涂PTFE树脂；另一类是涤纶织物涂PVC树脂，两种材料性能比较如表3-4-1所示。

表3-4-1  玻纤织物涂PTFE和聚酯织物涂PVC的性能


20世纪末、21世纪初，出现了新型膜材，化学成分为乙烯-四氟乙烯共聚物即ETFE，2008年北京奥运会场馆建设及上海世博轴即采用了新型材料。

生产玻纤织物PTFE膜材的主要国外企业有：美国的圣戈班（Saint-Gobain）高功能塑料公司、德国Verseidag公司、日本中兴化成工业株式会社、沙特阿拉伯的Obeikan公司等；国内生产商主要有宁波天塔工业材料有限公司合江苏省维维高分子材料有限公司，国外公司为此类膜材料的生产主体。

德国杜肯Verseidag近年来开发了系列高性能PTFE膜材，如高透光PTFE膜材（透光率可达50%，同时具有4500N⁄5cm的抗拉强度，可用于需要采光又需要抗荷载的地方），吸音膜材、彩色PTFE膜材、Low-e节能膜材等。

2011年圣戈班声称，为满足高性能薄膜材料市场需求的强劲增长，公司计划将位于美国马萨诸塞州工厂的ETFE薄膜产能扩大一倍以上。

宁波天塔公司自主研发的PTFE建筑膜材，获得国家“863”项目资金的支持，产品已逐步在工程项目上得到应用。各厂家产品性能比较如表3-4-2所示。

表3-4-2 玻纤织物涂PTFE膜材主要生产商的产品性能比较

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3．能源膜材料市场

膜材料天然气资源、石油工业及生物质燃料乙醇开发中都有重要的影响。这里主要分析锂离子电池隔膜材料市场。

锂电池能量密度高、使用寿命长、质量轻、体积小，同时又具有安全、可靠快速充放电等优点，成为近年来新型电源技术研究的热点。

隔膜是关键内层组件之一，隔膜的性能对电池综合性能有重要影响。

目前市场化的锂离子电池用隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE、单层PP、J层PP⁄PE⁄PP复合膜。

国外的主要隔膜材料生产企业有：日本旭化成（Asahi）、宇部兴产（UBE）、东燃化学（Tonen，埃克森美孚控股）、三菱化学与三菱树脂、三井化学等，美国Celgard、Entek等公司，韩国SK能源、W-Scope、WIDE、Finepol等公司，此外，德国赢创德固赛集团、英国N Tech公司、荷兰DSM集团等公司也在生产锂离子电池隔膜材料。

国内深圳星源材质、佛山金辉高科等厂商已可提供小型锂离子电池用隔膜，价格只有进口隔膜的1⁄3-1⁄2。全球锂电池薄膜生产企业情况如下表所示。

表3-4-4  全球锂电子薄膜生产企业情况


据不完全统计，2015年全球锂离子电池隔膜市场需求超过了2.8亿元，较上一年度提升了10%以上。

其中，日本旭化成是最大的供应商，占据了全球约1⁄3的市场份额；东燃化学和美国Cel-gard公司仅次于旭化成，二者不相上下，市场占有率都在20%以上。

旭化成主要生产单层隔膜，推出的“HIPORE”膜产品目前全球市场占有率最高，占到了1⁄3以上的市场份额。2015年，旭化成投资约10亿日元，将位于日本滋贺县宇山市生产基地的设计年产能从1.2亿m2提高到1.5亿m2。

另外，旭化成还打算投资60亿日元，在日本宫崎县日向市建设新的锂离子电池隔膜生产基地，预定使总设计年产能达到1.7亿m2。

东燃化学是美国埃克森美孚化工集团旗下埃克森美孚日本集团的控股子公司。在隔膜材料制造所需的聚烯烃（聚丙烯、聚乙烯等）产品的生产工艺研发和产品销售方面，埃克森美孚在全球处于领先地位，是全球最大的聚烯烃产品供应商，这为东燃化学锂离子电池隔膜材料产品的优良品质提供了可靠的保证。目前公司设计年产能为6800万m2。

美国Celgard公司是专业生产微孔隔膜的全球领先供应商。2010年1月，Celgard公司宣布，要扩大其位于美国北卡罗来纳州夏洛特工厂的产能，并将在美国北卡罗来纳州Concord新建一个生产厂，以满足电动汽车市场不断增长的需求。2010年3月，Celgard公司宣布，计划投资约3000万美元，扩大其位于韩国梧仓（Ocbang）的锂离子电池隔膜的产能。美国政府对于Celgard公司的产能扩充计划提供4920万美元资金援助。celgard在2015年被旭化成收购。

目前我国隔膜材料生产与研发企业规模较小，未形成产业化生产与应用。但是随着社会对能源、节能需求的不断增长，市场将是巨大的。

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| 膜材料发展趋势

现有膜材料的改性膜材料应用领域的拓展，对材料性能提出了更高要求，既要求膜具有较高的选择性，较高的通量，又要有足够高的机械强度、化学和热稳定性。

单一的均聚物高分子膜不能满足这些需求，通过改性可以增强某些性能。

膜材料改性分为化学改性和物理改性。

化学改性分为溶剂化改性、等离子体改性、高能辐照接枝改性、紫外光辐照接枝聚合等；物理改性分为表面活性剂改性、高分子材料与高分子材料的共混改性、高聚物与陶瓷材料的共混改性等。

目前对膜材料改性的研究内容较多。

膜材选择研究当前面对一个具体的应用过程，只能通过实验的方法在商品膜中进行筛选，不能够根据应用过程的需要进行膜的设计。未来应继续开发功能高分子膜材料，定量研究分子结构与性能的关系，建立面向应用过程的膜材料设计理论。智能材料、纳米材料的研究也受到越来越多的关注。

| 膜产业发展制约因素

膜技术应用仅有20多年的历史，离成熟广泛应用还有一定的距离，主要的制约因素有以下几个方面：

成本问题是制约膜材料大规模产业化的重要因素之一；

膜材料实验阶段与产业化阶段的性能差异问题，很多膜材料在实验室阶段表现出优异的性能，真正实现产业化应用经常会出现功能下降问题；

膜污染问题是任何膜材料都不可避免的，这极大地影响了膜通量的稳定性和产值。
总体而言，在国内经济形势不确定性增强，经济转型迫在眉睫之际，政府对于战略新兴产业成为推动经济增长引擎的期望值进一步提高；在政策和资金方面必将有进一步的倾向性支持。

新材料既是七大战略新兴产业之一，也是其它新兴产业发展的重要基础之一；而其中膜材料被列入新材料“十三五”规划专项工程，可见其行业的重要性及发展潜力。

因此我们认为膜材料领域是新材料领域中值得重点关注的方向，未来行业面临整体性的发展机遇；尤其在光学聚酯薄膜、锂电池隔膜及水处理膜等领域，市场前景将更为广阔。