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(huì)上，多位專家學(xué)者表示，實(shí)現(xiàn)“標(biāo)新立異、獨(dú)樹一幟”的原始創(chuàng)新，以及實(shí)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(guó)聚烯烴行業(yè)進(jìn)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(guó)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(lì)發(fā)展聚烯烴彈性體(POE)等材料。POE全球年消費(fèi)量已接近120萬噸，我國(guó)每年的市場(chǎng)需求量已超過20萬噸，還在以約10%的增長(zhǎng)率逐年遞增。
天津科技大學(xué)姜濤教授團(tuán)隊(duì)成員介紹，POE合成技術(shù)主要采用溶液聚合工藝，國(guó)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(duì)外轉(zhuǎn)讓。國(guó)內(nèi)高校及研究院所對(duì)POE合成技術(shù)進(jìn)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(jī)金屬催化劑，但實(shí)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(jìn)行了攻關(guān)，簡(jiǎn)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(yàn)樣品具有良好的韌性和彈性恢復(fù)性能，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)927%。
華東理工大學(xué)許勝教授認(rèn)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(huì)帶來意外的驚喜。許勝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，用有機(jī)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(diǎn)，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。
COC/COP國(guó)產(chǎn)化尚需時(shí)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(guó)是全球最大的COC/COP市場(chǎng)，但在該領(lǐng)域技術(shù)目前基本空白，手機(jī)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(guó)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(guó)產(chǎn)化、鏈結(jié)構(gòu)與相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)控等。
姜濤團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成的茂金屬催化劑具有良好的耐高溫性能。他們通過對(duì)茂金屬催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行加工應(yīng)用研究。
北京理工大學(xué)李曉芳教授認(rèn)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(dá)到大規(guī)模量產(chǎn)的水平。國(guó)內(nèi)部分企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)仍處于小試階段，在大規(guī)模量產(chǎn)方面的人才儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(guó)茂金屬聚烯烴產(chǎn)業(yè)起步比國(guó)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(jí)聚乙烯茂金屬催化劑裝置投產(chǎn)。中國(guó)石化自主開發(fā)了茂金屬聚乙烯催化劑，中國(guó)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(shí)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(guó)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(chǎng)需求非常旺盛，中國(guó)石油、中國(guó)石化、煙臺(tái)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(dòng)力。
但實(shí)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(jìn)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(biāo)及快速檢測(cè)技術(shù)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)缺位；另一方面，國(guó)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(jì)與催化聚合理論計(jì)算能力嚴(yán)重不足。
為此，他建議從國(guó)家層面建立單活性中心聚烯烴催化劑專項(xiàng)研究基金，開展關(guān)鍵裝備、計(jì)算能力、數(shù)字化和智能化的長(zhǎng)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(duì)外依存問題;組織跨學(xué)科專家隊(duì)伍進(jìn)行從單活性中心聚烯烴催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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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