上世紀50年代，德國化學家卡爾·齊格勒和意大利化學家居里奧·納塔（Giulio Natta）發明了用于烯烴聚合的催化劑，即齊格勒-納塔催化劑，使得合成高規整度的聚烯烴成為可能。在減油增化，提質增效的新趨勢下，這種傳統的烯烴聚合工藝暴露出了哪些問題，存在哪些缺陷？怎么開辟新的聚合思路來順應新的需求？中國化工信息周刊記者采訪了中國科學院院士，北京化工大學、清華大學教授楊萬泰。
傳統烯烴聚合存在三大問題
【CCN】如今的乙烯、丙烯等聚合使用的齊格勒-納塔催化工藝被譽為20世紀的偉大發明，您如何看待這一評價？
【楊萬泰】傳統的烯烴（乙烯、丙烯）是氣體，在這種烯烴聚合技術發明之前只能被燒掉。烯烴，特別是α-烯烴的自由基活性非常低；可以想象用一個自由基把氣體分子串起來，需要幾千公斤的大氣壓，高壓高溫對工業生產來說難度很高。
在這個背景下，1953年上半年，德國的卡爾·齊格勒發明了特殊的催化劑——四氯化鈦加三乙基鋁，這種神奇的催化劑能讓乙烯在溫和的實驗條件下（玻璃瓶內）聚合。之后，意大利的居里奧·納塔改進了這種催化劑，實現了丙烯的聚合，得到全同聚丙烯。原料單體是氣體，產品（聚乙烯、聚丙烯）是固體，對于工業化生產中分離、凈化、純化非常簡單；這兩個特點使得聚乙烯、聚丙烯得以快速發展。這兩位科學家也因為對人類的巨大貢獻而獲得諾貝爾獎。
齊格勒-納塔催化聚合技術將烯烴變成了寶貴的資源，在吃、穿、住、行、用等方面極大地改進了人們的生活。但也帶來一系列問題，如白色污染（塑料）、彩色污染（衣服）、黑色污染（輪胎）。
【CCN】傳統的烯烴聚合工藝還存在哪些問題？
【楊萬泰】這樣一個看似完美的烯烴聚合確實也存在一些問題，嚴格講是限制：
第一，以石腦油或輕烴為原料制備乙烯和丙烯的“乙烯裂解產業鏈”產生的混合烯烴還沒有得到合理利用。碳四組分在常溫常壓下是氣體，丁二烯/異丁烯可做橡膠，異丁烯可做汽油添加劑，利用率還算高；但碳五、碳八、碳九是液體，活性變低，難以利用。而且混合烯烴里還有共軛烯烴、鏈內烯烴等各種雜質，無法進行齊格勒-納塔配位聚合。算上在建產能，乙烯裂解產生的碳四、碳五、碳八、碳九量很大。目前這條產業鏈乙烯產量已達到1.8億噸，按照比例，后續餾分中的混合烯烴有五六千萬噸。這些資源有做碳五/碳九石油樹脂的，也有循環做乙烯原料的，但是大部分都還沒用起來，最后只能燒掉，造成極大的資源浪費。
第二，齊格勒-納塔催化體系目前還不能工業化生產含極性共聚物。乙烯、丙烯都是氣體，如果其分子鏈上含氧原子或者氮原子，就會被吸附到金屬原子上影響聚合，失去聚合反應活性。所以這種催化體系還不能工業生產含極性共聚物，更得不到水性聚合物，只能合成非極性的聚烯烴，這實際上是白色污染的源頭，更重要的是丟掉一個巨大的水性或水分散聚合物市場，如日化、紡織/造紙助劑、建筑（水泥混凝土）助劑、摩擦粘合劑和農化產品等。
第三，大型煉化項目集中上馬，不僅要面臨這些沒有得到充分利用的烯烴問題，而且乙烯、丙烯、苯乙烯丁二烯2025年后或將全面過剩。
新“鑰匙”開啟新思路
【CCN】如何解決上述問題？怎樣實現輕烴資源高值化利用？
【楊萬泰】實際上，我們從1998年就開始思考這個問題，并發明了一個新的聚合技術——自穩定沉淀聚合（2SP）。2002年發表的第一篇文章是醋酸乙烯馬來酸酐聚合，將得到的膠體離心過濾后得的干粉，其為粒徑在幾百納米至幾個微米之間的均勻圓球，離心出來的清液可以回收利用，不需要后處理。涉及到的主要單體是烯烴與馬來酸酐及其衍生物。馬來酸酐原來是煤化工以苯為原料生產的，現在可以用正丁烷制備，成本很低。
隨后，我們陸續用乙烯、丙烯、α-烯烴（如戊烯、己烯）等含有碳雙鍵的烯烴進行了系統實驗研究。從2009年起，我們開始做混合烯烴。最早是碳五，有30多個組分，其中還包括阻聚劑炔和醛。自穩定沉淀聚合技術，從化學上可通過共聚來提升烯烴的自由基聚合活性，一次聚合反應可以使61%的烯烴聚合成固體微納米顆粒，離心可將制備出的聚合物分離出來，而剩余組分可作為制備烷基化汽油和乙烯的原料。所以2SP也是一種原位聚合分離技術，這種分離對剩余組分也是提質的過程。
這種新技術是乳液懸浮分散淤漿聚合之外的中國獨有技術，可以把石油化工、煤化工數千萬噸級的資源用起來，市場廣闊，而且屬于綠色技術生產綠色產品，減油增化應該走這條路線。
【CCN】產品有哪些應用，工業化的進展如何？
【楊萬泰】產品在建材、造紙等領域有廣泛的應用。這些年我們與中石化、中化、中石油都有一定規模的項目合作，但是速度還不夠快。那么多的煉油項目、大乙烯項目，很多剛上項目的運轉起來就存在賠錢的問題，產品銷售不暢。自穩定沉淀聚合技術開辟了烯烴聚合的新方向，是開啟新方向大門的一把鑰匙。
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