編者按 化工新材料是世界化工強國和跨國公司競爭的戰(zhàn)略高地之一。我國新材料產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模到2035年有望超過2萬億元，是支撐國民經(jīng)濟高速增長和高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎之一。在近日召開的2024石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會上，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品名單，遴選出化工新材料領(lǐng)域在近年來取得創(chuàng)新突破的20項產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的攻關(guān)突圍過程少則延續(xù)數(shù)十年，多則凝結(jié)著幾代科研人的青春與熱血。

　　從今日起推出《2023化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品巡禮》系列報道，遴選此次入選的部分產(chǎn)品，通過講述這些創(chuàng)新產(chǎn)品的攻關(guān)過程與核心價值，鼓勵更多的創(chuàng)新型科研企業(yè)“問征夫以前路”、更多的科研人員骨干力量“知來者之可追”，以更大的勇氣和毅力迎接化工新材料的創(chuàng)新潮頭，一起面向新質(zhì)生產(chǎn)力的嶄新未來。

　　說起高端聚丙烯，不得不提茂金屬聚丙烯。由于具有可溶物含量低、透明度高、光澤度高等特點，其被廣泛應(yīng)用于纖維、高端包裝、醫(yī)療器械、高端車用材料等領(lǐng)域，是聚丙烯產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向。然而，目前國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)尚不具備茂金屬聚丙烯的生產(chǎn)能力。

　　茂金屬聚丙烯生產(chǎn)的最大掣肘在哪兒?答案是：催化劑。

　　與茂金屬聚丙烯產(chǎn)品類似，國內(nèi)相關(guān)催化劑的生產(chǎn)此前也一直依賴進口。令人欣慰的是，近年來我國在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破——由中石化(北京)化工研究院有限公司(以下簡稱北化院)自主開發(fā)的茂金屬聚丙烯催化劑已完成工業(yè)應(yīng)用試驗，生產(chǎn)出性能優(yōu)異的均聚和無規(guī)共聚茂金屬聚丙烯樹脂。這一催化劑產(chǎn)品因此獲評中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品。

　　近日，《中國化工報》記者采訪了北化院聚乙烯研究所的范國強博士，聽他聊一聊研發(fā)茂金屬聚丙烯催化劑的那些事兒。

　　解決結(jié)塊和堵塞問題——國內(nèi)首次用于連續(xù)聚丙烯裝置

　　茂金屬聚丙烯催化劑的研發(fā)為什么難?

　　“茂金屬聚丙烯的熔點比傳統(tǒng)聚丙烯要低，聚合過程中很容易發(fā)生結(jié)塊或堵塞，成為影響裝置連續(xù)運行的‘攔路虎’。因此，茂金屬聚丙烯的生產(chǎn)對催化劑性能要求很高?！狈秶鴱娊榻B說，“在我們的催化劑開發(fā)成功之前，國內(nèi)有幾家企業(yè)使用進口催化劑試生產(chǎn)茂金屬聚丙烯，也有部分研究機構(gòu)開發(fā)的催化劑在間歇本體聚丙烯裝置上進行過工業(yè)試驗。但進口催化劑在連續(xù)聚丙烯裝置上的應(yīng)用效果并不理想，存在聚合過程中易結(jié)塊、堵塞，以及生產(chǎn)的聚丙烯顆粒不均勻、細粉含量高等問題?！?/p>

　　據(jù)了解，該催化劑是國內(nèi)首個成功應(yīng)用于連續(xù)聚丙烯生產(chǎn)裝置的茂金屬催化劑，使中國石化成為國內(nèi)首家具有催化劑制備、生產(chǎn)工藝及新產(chǎn)品開發(fā)全流程茂金屬聚丙烯自主技術(shù)的企業(yè)。

　　“據(jù)我們了解，該催化劑的技術(shù)水平同國際水平相當，主要體現(xiàn)在催化劑的形態(tài)和工藝適應(yīng)性上。良好的形態(tài)避免了聚合反應(yīng)過程中結(jié)塊和堵塞，生產(chǎn)的聚合物細粉含量低，也有利于生產(chǎn)過程的平穩(wěn)進行。”范國強說。

　　獨特的負載與活化工藝——促進國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品高端化

　　那么，這種茂金屬聚丙烯催化劑是如何解決結(jié)塊和堵塞問題的?范國強告訴記者，主要是采用了獨特的負載技術(shù)與活化工藝。他們通過自主開發(fā)的茂金屬負載工藝技術(shù)，解決了催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備工藝、催化活性優(yōu)化、工業(yè)應(yīng)用適配等難題，獲得多項中國發(fā)明專利授權(quán)，制備技術(shù)也通過了中國石化的專有技術(shù)認定。

　　“在催化劑研發(fā)過程中，我們要把起到催化作用的分子吸附到顆粒狀的載體上。這個過程不純粹是化學(xué)鍵的結(jié)合，還有一定的物理吸附作用。與傳統(tǒng)催化劑相比，它面臨的技術(shù)難題是：如果吸附得不那么牢，在生產(chǎn)過程中聚合物會掉下來，導(dǎo)致產(chǎn)生細粉或結(jié)塊；如果形狀不好，顆粒之間會粘在一起，也會導(dǎo)致生產(chǎn)過程中出現(xiàn)結(jié)塊?！狈秶鴱姳硎?，在后期的負載工藝上，他們找到了比較好的工藝條件，讓活性中心能牢固地吸附在載體上；還通過控制催化劑形態(tài)，在適應(yīng)現(xiàn)有聚合反應(yīng)溫度等方面作出調(diào)整。這樣開發(fā)出來的茂金屬聚丙烯催化劑形態(tài)好，能避免聚合反應(yīng)過程中結(jié)塊堵塞、聚合物細粉含量低的問題。

　　此外，茂金屬聚丙烯催化劑的活性中心對雜質(zhì)更為敏感，面臨失活難題。在催化劑制備過程中，他們從原料處理、催化劑的活化等方面作出技術(shù)創(chuàng)新，提高了活性中心對雜質(zhì)的耐受性，保證了活性中心的穩(wěn)定。

　　“我們通過改造催化劑加入系統(tǒng)和加氫控制系統(tǒng)，同時根據(jù)茂金屬催化劑的性能特點優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，使環(huán)管聚丙烯裝置具備茂金屬聚丙烯生產(chǎn)條件，結(jié)合該催化劑形態(tài)好、氫調(diào)敏感的特點，開發(fā)了系列茂金屬聚丙烯產(chǎn)品。其中，mPPH-M110和mPPH-M150這兩款產(chǎn)品為國內(nèi)首次生產(chǎn)。”范國強表示，該催化劑解決了國產(chǎn)茂金屬聚丙烯催化劑在環(huán)管聚丙烯裝置上的應(yīng)用問題，促進了國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)品高端化。

　　產(chǎn)生較好經(jīng)濟效益——將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化進程

　　記者了解到，從2012年研發(fā)立項到2022年研發(fā)成功，國產(chǎn)茂金屬聚丙烯催化劑的面世用了整整10年時間。漫長的10年研發(fā)之后，相關(guān)推廣應(yīng)用正在鋪開。

　　據(jù)范國強介紹，目前該催化劑已實現(xiàn)中試規(guī)模生產(chǎn)，正在建設(shè)工業(yè)生產(chǎn)裝置，預(yù)計今年下半年可實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。該催化劑在揚子石化、中原石化已成功應(yīng)用，還有幾家企業(yè)有意向試用。在經(jīng)濟效益上，中原石化開發(fā)的茂金屬聚丙烯產(chǎn)品，每噸售價要比通用料高2000元左右。在聚丙烯裝置開工率低、市場低迷的當下，這樣的價格很難得。

　　除了經(jīng)濟效益，范國強更期待的是能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化進程。

　　“目前國內(nèi)茂金屬聚丙烯絕大部分依賴進口，國內(nèi)企業(yè)由于擔心供應(yīng)穩(wěn)定性，不愿擴大用量。該催化劑研發(fā)成功后，有望解決茂金屬聚丙烯的國產(chǎn)化穩(wěn)定生產(chǎn)問題，消除下游客戶的顧慮，也將有力促進茂金屬聚丙烯的下游應(yīng)用?！狈秶鴱娬f。

　　據(jù)了解，下游應(yīng)用場景如汽車部件、高端包裝等，對聚丙烯樹脂的氣味、可揮發(fā)性有機物(VOCs)含量要求比較嚴格，茂金屬聚丙烯可以很好地滿足要求。此外，茂金屬聚丙烯鏈結(jié)構(gòu)的特點使其收縮率較低，且更為均勻，更適合生產(chǎn)薄壁產(chǎn)品。用其生產(chǎn)的無紡布，強度和斷裂伸長都顯著提高；制備的流延膜霧度更低，透明性更好。

　　“目前，國內(nèi)茂金屬聚丙烯年使用量在10萬噸左右，車用領(lǐng)域占較大比例，且仍處于增長階段。該催化劑已成功開發(fā)了用于汽車部件的茂金屬聚丙烯產(chǎn)品，隨著產(chǎn)品的國產(chǎn)化穩(wěn)定供應(yīng)，下游樹脂應(yīng)用企業(yè)將會逐步擴大使用規(guī)模。隨著催化需求增加，催化劑制備所需的載體、助催化劑等上游產(chǎn)品需求也會相應(yīng)增加，由此也會帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)加快國產(chǎn)化進程?！狈秶鴱姳硎荆麄冋谘邪l(fā)下一代催化劑，以進一步優(yōu)化提升催化劑性能、降低聚丙烯生產(chǎn)成本、提高聚丙烯產(chǎn)品市場競爭力。此外，他們還將考慮拓展茂金屬聚丙烯的產(chǎn)品范圍，開發(fā)更多的無規(guī)共聚產(chǎn)品，用于醫(yī)用包裝、透明容器等領(lǐng)域。同時，適用于氣相聚丙烯生產(chǎn)工藝催化劑的工業(yè)化應(yīng)用也在推進之中。