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，其被廣泛應用于纖維、高端包裝、醫(yī)療器械、高端車用材料等領域，是聚丙烯產(chǎn)業(yè)轉型的重要方向。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域實現(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。”范國強介紹說，“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)聚丙烯裝置上的應用效果并不理想，存在聚合過程中易結塊、堵塞，以及生產(chǎn)的聚丙烯顆粒不均勻、細粉含量高等問題。”

據(jù)了解，該催化劑是國內(nèi)首個成功應用于連續(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的企業(yè)。

“據(jù)我們了解，該催化劑的技術水平同國際水平相當，主要體現(xiàn)在催化劑的形態(tài)和工藝適應性上。良好的形態(tài)避免了聚合反應過程中結塊和堵塞，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與活化工藝。他們通過自主開發(fā)的茂金屬負載工藝技術，解決了催化劑結構設計、制備工藝、催化活性優(yōu)化、工業(yè)應用適配等難題，獲得多項中國發(fā)明專利授權，制備技術也通過了中國石化的專有技術認定。

“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鍵的結合，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，導致產(chǎn)生細粉或結塊；如果形狀不好，顆粒之間會粘在一起，也會導致生產(chǎn)過程中出現(xiàn)結塊?！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)，在適應現(xiàn)有聚合反應溫度等方面作出調整。這樣開發(fā)出來的茂金屬聚丙烯催化劑形態(tài)好，能避免聚合反應過程中結塊堵塞、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創(chuàng)新，提高了活性中心對雜質的耐受性，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，結合該催化劑形態(tài)好、氫調敏感的特點，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，相關推廣應用正在鋪開。

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)，正在建設工業(yè)生產(chǎn)裝置，預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用?！狈秶鴱娬f。

據(jù)了解，下游應用場景如汽車部件、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，茂金屬聚丙烯鏈結構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，下游樹脂應用企業(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)品需求也會相應增加，由此也會帶動相關產(chǎn)業(yè)加快國產(chǎn)化進程?！狈秶鴱姳硎?，他們正在研發(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)化應用也在推進之中。

轉載自：化工好料到haoliaodao.com

來源：中國化工報