石油是當前社會最廣泛應(yīng)用的能源之一，石油又是合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等化工產(chǎn)品的主要原料，石油產(chǎn)業(yè)的運行狀況關(guān)系到國民經(jīng)濟和人民日常生活各個領(lǐng)域。
近年來，中國機動車輛和動力機械保有量持續(xù)高速增長，汽油、柴油等燃料油的消費量急劇增加；合成樹脂、合成橡膠、合成纖維等化學合成材料的產(chǎn)銷量持續(xù)增大，作為合成材料主要原料的石油消費量同比快速增長。中國現(xiàn)已成為石油消費大國。
當今國際石油價格持續(xù)上漲，嚴重影響經(jīng)濟發(fā)展和民眾生活。在當前和今后，增加原油產(chǎn)量、改進煉油工藝技術(shù)和提高燃油效率等相關(guān)研究，都具有極其重要的社會經(jīng)濟效益。
改革開放以來，伴隨國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國的有機硅產(chǎn)業(yè)迅速成長起來，有機硅產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)量增加，在國民經(jīng)濟的各領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的支撐作用，有機硅材料形態(tài)多樣，具有一系列特殊優(yōu)良性能，研究開發(fā)和應(yīng)用有機硅產(chǎn)品作為高性能石油助劑，既可為當前石油工業(yè)技術(shù)改進提供助力，以增加原油產(chǎn)量和提高油品質(zhì)量，同時也是有機硅產(chǎn)業(yè)自身成長和擴展的需要。
2. 石油開采、提煉與石油助劑
2.1 國內(nèi)外石油市場形勢
石油不僅是當今世界的主要能源，也是重要的戰(zhàn)略物資，石油資源和產(chǎn)品直接關(guān)系到經(jīng)濟發(fā)展和軍事實力的比拼。近年來國際市場石油價格一直居高不下，不斷攀升的油價已成為全世界關(guān)注的熱點問題。
我國石油資源最終可采儲量約為130億―150億噸，僅占世界總量的3%左右。我國石油可采資源量的豐度值(單位國土面積資源量)約為世界平均值的57%，剩余可采儲量豐度值僅為世界平均值的37%。過去我國的主要油田多分布在東部，目前東部的油田已到采油的后期，大多實行水驅(qū)、聚合物驅(qū)等三次采油措施；我國新開發(fā)的油田主要分布在西部地區(qū)或沿海大陸架，新油田遠離主要石油消費市場，新油田的生產(chǎn)環(huán)境自然條件惡劣，為原油的采集和輸送增添了許多困難。
2.2石油開采、提煉與石油助劑
在石油開采提煉的各工藝過程中，需要配套應(yīng)用多種助劑，以改善工藝條件和提高生產(chǎn)效率。例如，采油井鉆探鉆井液的處理就要應(yīng)用到降粘劑、降濾失劑、絮凝劑、增粘劑、頁巖抑制劑、潤滑劑、乳化劑、潤濕劑和堵漏劑等；鉆井完井需要應(yīng)用油層改造化學劑：注水井調(diào)剖劑、生產(chǎn)井堵水劑、酸化用劑、壓裂
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用劑等；石油采集需要應(yīng)用采油助劑：化學驅(qū)油劑、深部液流改向劑、防砂劑、防蠟清蠟劑、防垢除垢劑等；原油采集和輸送需要應(yīng)用破乳劑、降凝劑、減阻劑等；石油提煉需要應(yīng)用消泡劑、阻垢劑等；作為燃料用油還需要添加抗爆劑、增效劑等。上述眾多石油助劑需要應(yīng)用到多種化學材料。
我國的石油資源中高含蠟和高凝固點的原油比例較大，石油鉆采集輸過程中，特別是原油管道輸送迫切需要高效能的減阻劑和降凝劑。我國東部油田采用注水驅(qū)油等強化采油措施后，原油乳化嚴重，采集的油流破乳負荷重，迫切需要高效能破乳劑促進油水分離，以降低原油中的含水量和降低分離水中的含油量。
3. 有機硅材料與石油助劑
3.1 有機硅材料簡介
有機硅材料是一類包羅廣泛的化學產(chǎn)品。在商業(yè)領(lǐng)域“有機硅產(chǎn)品”的含義是泛指含有硅元素（Si）的有機化合物、聚合物及其后續(xù)加工制品。在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，有機硅產(chǎn)品還有其它各種通俗名稱：有機硅、硅酮、硅珙、有機矽、矽利康等。由于最早應(yīng)用的有機硅產(chǎn)品有部分是從國外進口的，國外產(chǎn)品的商品名譯音有的也成了該類有機硅產(chǎn)品的名稱了。
世界上有機硅產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)，起始于20世紀30年代，成長于40年代，50—60年代有機硅工業(yè)高速發(fā)展，當代的有機硅工業(yè)興旺繁榮。
我國研制有機硅材料始于20世紀50年代，中國的有機硅產(chǎn)品早期主要是為軍工配套,隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，有機硅產(chǎn)品逐步走向以民用為主,有機硅產(chǎn)業(yè)的增長速度一直保持20%甚至更高的年增長率。在有機硅產(chǎn)品產(chǎn)銷量快速增長的同時，生產(chǎn)技術(shù)逐步成熟。甲基氯硅烷單體生產(chǎn)設(shè)備由有初期的攪拌床轉(zhuǎn)化為沸騰床，單臺沸騰床反應(yīng)器設(shè)備生產(chǎn)能力由數(shù)百噸/年起始，現(xiàn)已擴大到5～10萬噸/年，國內(nèi)正在建設(shè)產(chǎn)能為40萬噸/年的生產(chǎn)裝置；單體連續(xù)開車周期和粗單體收率、主要單體選擇性等技術(shù)指標已接近國際先進水平；有機硅聚合物的產(chǎn)品品種型號增加，國產(chǎn)有機硅產(chǎn)品可以基本滿足國內(nèi)市場中低檔需求，并有部分有機硅后續(xù)加工制品走向國際市場。
商品有機硅產(chǎn)品可分為三大類：①有機硅單體和中間體、②有機硅聚合物、③硅烷偶聯(lián)劑。其中，各種有機硅單體和硅烷偶聯(lián)劑是小分子化合物，有確定的分子結(jié)構(gòu)；在有機硅聚合物中，每一個大類又可細分成多個小類，每個小類又包括各種不同結(jié)構(gòu)的多種類型，至于各個有機硅廠商的產(chǎn)品型號就更是五花八門。有機硅單體和中間體主要是用作合成有機硅聚合物和硅烷偶聯(lián)劑的原料。各種有機硅聚合物和硅烷偶聯(lián)劑廣泛應(yīng)用于幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域。
有機硅聚合物具有類似硅酸鹽的無機高分子骨架和有機基團側(cè)鏈，這種半無機半有機特殊高分子結(jié)構(gòu)，賦予有機硅材料一系列突出的優(yōu)良性能。有機硅材料的物質(zhì)形態(tài)多種多樣，絕大部分有機硅聚合物都耐高溫、耐低溫；憎水防潮，
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耐氣候老化；高絕緣強度、低介電損耗、并且其介電性能隨溫度和頻率變化改變很??；有機硅材料無毒、生理惰性。
由于有機硅材料具有上述諸多特點和優(yōu)點，決定了有機硅材料不僅應(yīng)用非常廣泛，而且應(yīng)用少量的有機硅材料即可顯示特別重要的作用。因此有機硅材料被稱為“工業(yè)味精”，被看作“高新技術(shù)發(fā)展的催化劑”。在國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技、人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域都有有機硅材料的身影。有機硅材料對國民經(jīng)濟發(fā)展，特別是對促進高新技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的支撐作用。
3.2 中國的有機硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢
中國的有機硅產(chǎn)業(yè)的組建，初期是為了軍工配套，具有優(yōu)良性能的有機硅產(chǎn)品為提高武器裝備性能和增強國防實力發(fā)揮了重要作用。改革開放以來，國家推行支持高新技術(shù)和新材料的產(chǎn)業(yè)政策，科學技術(shù)快速進步，國民經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展，人民生活水平提高，高性能材料的國內(nèi)市場成長起來；特別是中國參與世界經(jīng)濟貿(mào)易組織以來，中國的經(jīng)濟與世界接軌，促進高性能材料的擴大應(yīng)用；國內(nèi)外迅速增長的市場需求為有機硅產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了快速發(fā)展的有利條件。持續(xù)高速發(fā)展的中國有機硅產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)集聚了相對雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)實力。目前中國有機硅產(chǎn)品的消費量已經(jīng)居于世界前列，并且持續(xù)保持強勁的增長勢頭。中國現(xiàn)在已經(jīng)成長為世界有機硅材料的消費大國，按當前的發(fā)展速度和計劃在建的甲基氯硅烷單體生產(chǎn)能力預(yù)測，到2010年國內(nèi)甲基氯硅烷單體的產(chǎn)能將要達到200萬噸/年，屆時中國將成為世界上有機硅產(chǎn)品產(chǎn)量最大的國家。產(chǎn)量激增的中國有機硅產(chǎn)業(yè)，為了自身發(fā)展需要開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域和尋求擴大新的銷售市場，強大的中國有機硅產(chǎn)業(yè)也集聚了支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的基本實力，充分發(fā)掘和利用有機硅材料的優(yōu)點和特點，進行創(chuàng)新研究，創(chuàng)建自主知識產(chǎn)權(quán)，當今已具備有利條件，開發(fā)有機硅石油助劑，促進我國石油工業(yè)的壯大與發(fā)展，造福社會和人民。
3.3 有機硅石油助劑的現(xiàn)狀與未來
3.3.1 開發(fā)有機硅石油助劑的理論依據(jù)與預(yù)測
元素Si和元素C同屬元素周期表的第Ⅳ周期A族元素，但與C相比較,Si的電負性較低，Si既可與電負性較高的元素（如F、Cl、O）等結(jié)合，也可與電負性較低的基團（如H-、CH3-、C6H5-等）結(jié)合，或同時與兩類基團結(jié)合，因此可以合成多種多樣的有機硅化合物或聚合物。帶有不同取代基或官能團的有機硅化合物或聚合物，各自可發(fā)揮其特定功能，依此可以制備具有特定功能的各種有機硅石油助劑。
就聚合反應(yīng)的熱效應(yīng)比較，合成有機硅聚合物的熱效應(yīng)遠低于碳鏈聚合物的熱效應(yīng)，可以應(yīng)用簡便的合成工藝制得高分子量的有機硅聚合物。根據(jù)輸油減阻機理，石油減阻劑的基體聚合物必須達到足夠長的聚合物高分子鏈（高分子量），才可能起到抑制油流湍動的減阻效果。因此，容易得到高分子量有機硅聚合物的特性為其用作減阻劑的應(yīng)用提供了有利條件，不僅如此，硅—氧鍵鍵能遠
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遠高于碳—碳鍵的鍵能（Si-O鍵能422.5kJ/mol，C-C鍵能344.4 kJ/mol），因而與通常由碳—碳鍵構(gòu)成的有機化合物聚合物相比，有機硅材料顯示突出的耐熱和抗機械剪切穩(wěn)定特性。以高分子量有機硅聚合物為基材的減阻劑、降凝劑等石油助劑，在長距離管道輸送過程中，可以達到耐受輸油泵的機械剪切而不失效，即有機硅石油助劑可以達到既高效特效、又保持長效。而通常的碳鏈聚合物，特別是高分子量聚合物都不耐機械剪切，目前國內(nèi)外在用的碳鏈聚合物減阻劑普遍存在剪切降解的缺點，即通過輸油泵后由于剪切作用導致分子量降低而減效或失效。有機硅石油助劑獨具的耐剪切特性是任何碳鏈聚合物石油助劑所無法比擬的。
有機硅聚合物具有半無機半有機特殊高分子結(jié)構(gòu)，它的類似硅酸鹽結(jié)構(gòu)的高分子骨架，賦予它耐高溫、耐氣候老化等突出穩(wěn)定特性。有機硅聚合物的有機基團側(cè)鏈，賦予它與主要由碳鏈聚合物構(gòu)成的石油烴類的良好相容性，這樣特殊結(jié)構(gòu)的有機硅石油助劑，既能與原油或加工油品良好互溶，形成宏觀均相體系，保證助劑發(fā)揮其功能作用；同時，有機硅聚合物與石油烴碳鏈聚合物的本質(zhì)有所不同，又使得有機硅聚合物與原油或加工油品在微觀體系上保持差異，而不致被完全“淹沒”或“溶化”。這樣既相容又相異的互存狀態(tài)，可以保證有機硅助劑更高效發(fā)揮其修飾改性功能。
有機硅聚合物還具有高分子鏈柔順和粘溫系數(shù)小的獨特優(yōu)點。在相當寬的溫度范圍內(nèi)，有機硅聚合物不僅保持化學性質(zhì)穩(wěn)定，而且其存在形態(tài)與物理參數(shù)變化小。這樣的特性，保證有機硅助劑既可以應(yīng)用于超深油井中耐受高溫，又可在石油地面集輸過程的常溫、甚至低溫條件下繼續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮作用。
以甲基、乙基等有機基團為側(cè)鏈的有機硅聚合物具有低表面能的突出特點，而連接有聚醚等親水側(cè)鏈的有機硅聚合物則是同時具有憎水和親水基團的表面活性劑。適當調(diào)節(jié)有機硅聚合物中各種官能團的比例，可以分別合成多種高性能的有機硅表面活性劑，它們可以分別適應(yīng)不同介質(zhì)、不同溫度、不同礦化度等采油和輸油工作條件下的堵水、破乳、消泡、防蠟和防垢等特定使用要求。有機硅聚合物同時具備耐高溫穩(wěn)定性和低表面能特性，因此，作為高效添加劑的有機硅表面活性劑，既可用于寬溫度范圍的傳動油類的抑泡和消泡，又可用于石油煉制過程高溫條件下的消泡和防垢除垢。
燃料油中加入微量的有機硅助劑，在內(nèi)燃機工作過程中，由于有機硅聚合物的低表面能特性，可以改善燃油進入內(nèi)燃機氣缸后的霧化狀況，更有利于燃油與空氣混合，促進燃油的充分燃燒，從而提高內(nèi)燃機功效和節(jié)省燃油，同時還降低燃燒尾氣的煙度。
綜上所述，不同類型的有機硅石油助劑可以分別應(yīng)用于鉆井、完井、采油、輸油、煉油，直至燃油做功。其中作為破乳劑應(yīng)用存留于原油中的有機硅組分還可起到防蠟、降凝、減阻的作用，而有機硅減阻劑和降凝劑可以通過輸油泵不致
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被機械剪切失效，存留于原油中的有機硅組分在煉油過程中將繼續(xù)發(fā)揮消泡和防垢除垢作用，最終進入燃油的有機硅組分還將發(fā)揮增效功能。有機硅石油助劑的多功能與長效性能，將為改善石油采煉工藝條件、提高油品質(zhì)量、增產(chǎn)減排節(jié)能降耗提供有力保證。
有機硅石油助劑不僅可以單獨應(yīng)用，達到前述理想的應(yīng)用效果。有機硅石油助劑還可以與以碳鏈聚合物為基材的通用型石油助劑配合應(yīng)用，通過有機硅組分的加入，提高通用型助劑的耐熱工作溫度或強化助劑的功能。
3.3.2 有機硅石油助劑現(xiàn)狀
⑴ 國外概況
早在上世紀70-80年代，美、英等發(fā)達國家在開展石油助劑研究的初期，就已發(fā)現(xiàn)含有氧乙烯氧丙烯側(cè)鏈有機硅聚合物和帶有季銨鹽結(jié)構(gòu)有機硅聚合物對原油的破乳功能，并有相關(guān)專利報道。但限于有機硅材料的成本價格高，在當時石油產(chǎn)品低價位的條件下未能大量工業(yè)應(yīng)用。
美國道康寧公司多年來致力于石油和天然氣工業(yè)配套有機硅助劑的研究，已經(jīng)開發(fā)出許多產(chǎn)品和應(yīng)用創(chuàng)新成果。最近，道康寧公司又進一步擴大其有機硅產(chǎn)品應(yīng)用，從傳統(tǒng)的消泡劑應(yīng)用擴展到井下密封。道康寧公司擁有品種繁多的石油工業(yè)產(chǎn)品，適于油氣開采和各種工業(yè)應(yīng)用，目前應(yīng)用于石油助劑的有機硅產(chǎn)品牌號已有數(shù)十種。主要的油氣應(yīng)用包括：天然氣/石油分離、泡沫控制、延遲焦化泡沫控制、胺法氣體脫硫和脫水過程、油井修復、報廢及層位封隔時的密封、燃油添加劑和潤滑添加劑等。
⑵ 國內(nèi)概況
上世紀80年代，國內(nèi)開始研究有機硅類石油助劑,但限于當時全國有機硅的產(chǎn)量小、成本高，國產(chǎn)有機硅產(chǎn)品幾乎全部用于軍工配套，實際工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的有機硅石油助劑量尚不多。有部分產(chǎn)品是綜合利用有機硅單體高沸物（下腳料）作堵水劑和破乳劑等，至今還在生產(chǎn)和應(yīng)用；有的合成和應(yīng)用試驗雖已取得肯定的使用效果，但尚未推廣擴大應(yīng)用。其中典型產(chǎn)品和試驗研究簡介如下：
綜合利用甲基氯硅烷單體的高沸物，經(jīng)部分乙醇解，制得的有機硅堵水劑，加入采油井內(nèi)后，堵水劑與井壁巖層反應(yīng)，形成可滲油阻水的膜層，從而達到較好的阻水效果，有助于提高原油產(chǎn)量。
在勝利油田，應(yīng)用國產(chǎn)高固化活性有機硅樹脂作覆膜砂的粘接劑，成功地用于深井或超深井高溫工作條件下的防砂。因為該硅樹脂固化活性高，并且固化后的涂膜不返粘，又具有耐熱和低表面能等優(yōu)良性能，可保證覆膜砂在深井下順利固化后粘接，形成的防砂濾層，可以有效阻砂透油，同時還有助于原油破乳。
有機硅助劑用于鉆井泥漿消泡和原油消泡都取得了較好的效果。聚二甲基硅氧烷乳液是性能優(yōu)良的鉆井泥漿消泡劑，特別是與腐殖酸鉀配合，是鉆井泥漿的高效稀釋劑。對于氯化鈣型鉆井泥漿，它可使泥漿的含氣量減少到1.6～ 2.0%，
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應(yīng)用高效泥漿消泡可以達到冷卻鉆頭、潤滑鉆具、穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力等作用。二甲基硅油與微晶石蠟、油溶性堿金屬磺酸鹽或胺類表面活性劑配合，用于原油消泡，可以提高采油井的原油產(chǎn)量。
由聚醚和甲基乙氧基硅氧烷嵌段共聚物構(gòu)成的有機硅原油破乳劑，用于原油破乳脫水，用量少效能高。與通常應(yīng)用的聚醚型破乳劑相比，有機硅破乳劑在低溫下破乳速度快，原油破乳溫度比聚醚型破乳劑降低15～20℃，脫水效率高；同時有機硅破乳劑還具有防蠟降粘的作用。
應(yīng)用有機硅消泡劑作為內(nèi)燃機車液力傳動油的消泡和天然氣脫硫操作液消泡，應(yīng)用試驗得到較好的使用效果。內(nèi)燃機車動力軸高速運轉(zhuǎn)攪動潤滑油嚴重起泡，導致潤滑功能損害。加入二甲基硅油消泡劑后，可以消除泡沫并穩(wěn)定抑泡，從而保證內(nèi)燃機車穩(wěn)定運行。地層中的天然氣含有硫化氫等有害雜質(zhì)，天然氣通過乙醇胺溶液脫硫過程，產(chǎn)生的氣泡大大降低脫硫效率，還可能造成液泛事故，加入有機硅乳液消泡劑即可消泡和抑泡，使脫硫工藝流程順利運行。
將乙基硅油添加到礦物油中，可大幅度提高礦物油的耐熱性能和承載能力，降低摩擦系數(shù)，作為潤滑油應(yīng)用可減少金屬磨損。將3～5%（質(zhì)量分數(shù)）的乙基硅油加到礦物油中，用于織布機潤滑油，可節(jié)約原用機油50%以上，節(jié)電率為1～3%，加油周期由原來的24小時延長到72小時，節(jié)約勞動力30%。由于應(yīng)用乙基硅油修飾的潤滑油，達到增加織布產(chǎn)量、降低油污疵布、提高產(chǎn)品質(zhì)量的綜合效果。
將0.1%的二甲基硅油加入柴油中，進行內(nèi)燃機臺架試驗，有機硅助劑可改善燃油在氣缸中的霧化分散性，有助于燃油充分燃燒，對柴油有明顯增效作用，負荷功率試驗表明可降低油耗4.9～7.8%，同時還降低燃燒尾氣的煙度。
目前應(yīng)用的有機硅石油助劑主要是有機硅腐植酸鉀、鉆井液用有機硅穩(wěn)定劑、有機硅降粘稀釋劑、有機硅消泡劑等。這些產(chǎn)品大都是地方小廠利用有機硅甲基氯硅烷單體生產(chǎn)的副產(chǎn)物加工制得的綜合利用產(chǎn)品，總產(chǎn)量不大。
3.3.3 有機硅石油助劑的未來
有機硅材料具備用作石油助劑的綜合優(yōu)良性能，但是在國內(nèi)當前有機硅石油助劑尚未能大量推廣應(yīng)用，甚至曾經(jīng)取得初步成功的試驗結(jié)果也沒有實際擴展應(yīng)用。這有其歷史原因：在過去相當長的時期內(nèi)，中國的有機硅產(chǎn)品主要為軍工配套，產(chǎn)量小成本高。在上世紀80年代初，全國的有機硅產(chǎn)品年產(chǎn)量不足2千噸，有機硅產(chǎn)品的平均價格約為10萬元/噸，而當時石油的價格尚不到1美元/桶。過去歷史條件的限制，使得稀少昂貴的有機硅產(chǎn)品就不可能推廣到石油採煉等應(yīng)用領(lǐng)域，先進技術(shù)也被束之高閣。
中國實行改革開放以來，有機硅產(chǎn)業(yè)的年增長率連續(xù)超過20%，有機硅甲基氯硅烷單體單臺設(shè)備產(chǎn)能現(xiàn)已達到10萬噸/年，正在建立40萬噸/年規(guī)模的大型有機硅綜合產(chǎn)品生產(chǎn)廠。按當前規(guī)劃和已開工建立的有機硅單體生產(chǎn)能力預(yù)測，
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到2010年中國的甲基氯硅烷單體產(chǎn)能將達到200萬噸/年，成為世界有機硅生產(chǎn)大國。盡管中國有機硅市場容量較大，但是，有機硅單體產(chǎn)能以超過國民經(jīng)濟發(fā)展速度數(shù)倍的高速膨脹，尤其是有機硅下游產(chǎn)品技術(shù)水平尚不高的現(xiàn)實條件下，就有可能出現(xiàn)有機硅上游產(chǎn)品供過于求的局面。有機硅產(chǎn)業(yè)為自身的生存和發(fā)展，需要尋求開辟應(yīng)用市場；而持續(xù)攀升的國際原油價格也迫使石油產(chǎn)業(yè)尋求新技術(shù)新材料，以增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量和降低成本。形勢的發(fā)展為有機硅石油助劑的登場提供了需要和可能。
神奇的有機硅正在幫助我們實現(xiàn)夢想。從人們的日常生活到探測宇宙奧秘，有機硅無所不在。有了有機硅，生產(chǎn)工藝可以更簡便，有機硅能幫助人們增產(chǎn)減排節(jié)能降耗；有機硅石油助劑必將為石油產(chǎn)業(yè)帶來新的活力。

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