在日前舉行的2021石油深加工與綠色催化技術(shù)線上研討會上，多位專家學(xué)者表示，實現(xiàn)“標新立異、獨樹一幟”的原始創(chuàng)新，以及實現(xiàn)高性能烯烴聚合催化劑及聚烯烴新材料技術(shù)的突破，將成為我國聚烯烴行業(yè)進入發(fā)展新階段的必由之路。
POE生產(chǎn)技術(shù)有望突破
2019年國家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》鼓勵發(fā)展聚烯烴彈性體(POE)等材料。POE全球年消費量已接近120萬噸，我國每年的市場需求量已超過20萬噸，還在以約10%的增長率逐年遞增。
天津科技大學(xué)姜濤教授團隊成員介紹，POE合成技術(shù)主要采用溶液聚合工藝，國外在催化劑、聚合工藝領(lǐng)域擁有大量專利，相關(guān)核心技術(shù)不對外轉(zhuǎn)讓。國內(nèi)高校及研究院所對POE合成技術(shù)進行過相關(guān)研究，開發(fā)了具有高共聚性能的茂金屬催化劑和非茂有機金屬催化劑，但實現(xiàn)工程化的最后一公里路徑尚未打通。
POE關(guān)鍵技術(shù)難題在于高效自主催化劑，姜濤課題組從催化劑的篩選、乙烯/1-辛烯共聚、乙烯/α-烯烴共聚、POE連續(xù)聚合等方面進行了攻關(guān)，簡化傳統(tǒng)工藝路線，降低了裝置投資和生產(chǎn)成本，所制備的POE試驗樣品具有良好的韌性和彈性恢復(fù)性能，斷裂伸長率可達927%。
華東理工大學(xué)許勝教授認為，在POE催化劑中，CGC類型催化劑的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新比較困難，但還是有空間。雙中心剛—柔雙性配體結(jié)構(gòu)可能會帶來意外的驚喜。許勝團隊發(fā)現(xiàn)，用有機配體替代金屬—鹵素鍵中鹵素，是提高辛烯插入率的有效手段。而非茂結(jié)構(gòu)的催化劑具有耐高溫和高辛烯插入率的特點，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。
COC/COP國產(chǎn)化尚需時日
環(huán)狀烯烴共聚物(COC)和環(huán)狀烯烴聚合物(COP)是一類新型的高附加值熱塑性工程塑料。我國是全球最大的COC/COP市場，但在該領(lǐng)域技術(shù)目前基本空白，手機和顯示屏以及光學(xué)器材等高端制造業(yè)的COC/COP材料被國外企業(yè)壟斷。
目前，COC和COP的生產(chǎn)主要有兩種工藝，即開環(huán)移位聚合過程和茂金屬催化加成聚合過程；關(guān)鍵技術(shù)問題有環(huán)烯烴單體合成技術(shù)、高效且耐高溫茂金屬催化劑、共聚產(chǎn)物的深度純化技術(shù)、助催化劑國產(chǎn)化、鏈結(jié)構(gòu)與相對分子質(zhì)量調(diào)控等。
姜濤團隊設(shè)計合成的茂金屬催化劑具有良好的耐高溫性能。他們通過對茂金屬催化劑的結(jié)構(gòu)進行構(gòu)建及優(yōu)化，降低茂金屬催化劑制備成本，降低COC的生產(chǎn)成本；開展聚合工藝條件優(yōu)化和連續(xù)聚合工藝的開發(fā)，批量制備COC共聚物進行加工應(yīng)用研究。
北京理工大學(xué)李曉芳教授認為，COC的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，環(huán)烯烴單體合成難度大，世界上只有少數(shù)幾家企業(yè)的技術(shù)和生產(chǎn)工藝達到大規(guī)模量產(chǎn)的水平。國內(nèi)部分企業(yè)和研究機構(gòu)仍處于小試階段，在大規(guī)模量產(chǎn)方面的人才儲備、工藝技術(shù)仍需要提升。他們開發(fā)了一系列稀土催化劑，實現(xiàn)了對多種環(huán)烯烴的聚合/共聚，得到活性較高、環(huán)烯烴插入率較高、選擇性較高的COC材料。
茂金屬聚烯烴挑戰(zhàn)仍存
我國茂金屬聚烯烴產(chǎn)業(yè)起步比國外晚20多年，但近10年來的發(fā)展速度令人鼓舞。目前已有百噸級聚乙烯茂金屬催化劑裝置投產(chǎn)。中國石化自主開發(fā)了茂金屬聚乙烯催化劑，中國石油自主研發(fā)了茂金屬聚丙烯和茂金屬烯土橡膠催化劑技術(shù)。大慶石化等7家企業(yè)實現(xiàn)了茂金屬聚乙烯量產(chǎn)，茂名石化、燕山石化、蘭州石化分別生產(chǎn)出茂金屬聚丙烯產(chǎn)品。
我國茂金屬聚烯烴產(chǎn)業(yè)的上升空間非常大，高端茂金屬聚烯烴產(chǎn)品的市場需求非常旺盛，中國石油、中國石化、煙臺萬華等在茂金屬聚烯烴產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)積累及硬件和軟件條件已基本成熟，也給茂金屬聚烯烴產(chǎn)業(yè)原創(chuàng)技術(shù)的突破帶來驅(qū)動力。
但實現(xiàn)聚烯烴技術(shù)的重大原創(chuàng)性突破，還面臨著很多挑戰(zhàn)。東北石油大學(xué)特聘教授辛世煊介紹說，一方面，茂金屬催化劑的活化劑/助催化劑和茂金屬催化劑的載體目前依賴進口，能夠滿足茂金屬催化劑聚合工藝技術(shù)的原材料純化和雜質(zhì)控制指標及快速檢測技術(shù)和執(zhí)行標準缺位；另一方面，國內(nèi)茂金屬催化劑缺乏科學(xué)問題導(dǎo)向的、系統(tǒng)理論體系的挖掘研究，催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計與催化聚合理論計算能力嚴重不足。
為此，他建議從國家層面建立單活性中心聚烯烴催化劑專項研究基金，開展關(guān)鍵裝備、計算能力、數(shù)字化和智能化的長期研究；建立聚烯烴材料創(chuàng)新聯(lián)合體，盡快解決高端聚烯烴對外依存問題;組織跨學(xué)科專家隊伍進行從單活性中心聚烯烴催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計到廢棄聚合物資源化回收利用全產(chǎn)業(yè)鏈條的深度研究。
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