說起(qi)高(gao)端(duan)聚(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)，不(bu)得(de)不(bu)提茂(mao)金屬(shu)聚(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)。由(you)于具有可溶物含量(liang)低(di)、透明度(du)高(gao)、光澤度(du)高(gao)等特點，其被(bei)廣泛應用于纖維、高(gao)端(duan)包裝(zhuang)、醫療器械、高(gao)端(duan)車用材(cai)料等領(ling)域，是(shi)聚(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)產(chan)業(ye)轉型的重要(yao)方向。然而，目前國內大多數企業(ye)尚不(bu)具備(bei)茂(mao)金屬(shu)聚(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯(xi)的生產(chan)能力。

茂金屬聚丙(bing)烯生產的(de)最(zui)大(da)掣肘在(zai)哪兒?答案(an)是(shi)：催化劑。

與茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)產品類似，國(guo)內相(xiang)關催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)生產此(ci)前也一(yi)直依賴進口(kou)。令人欣慰的(de)是，近年(nian)來我國(guo)在(zai)這一(yi)領(ling)域實現(xian)了突破(po)——由中(zhong)石(shi)化(hua)(hua)(北京)化(hua)(hua)工(gong)研究(jiu)院(yuan)有限公司(以下簡稱北化(hua)(hua)院(yuan))自主(zhu)開發的(de)茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)催(cui)化(hua)(hua)劑已完成工(gong)業(ye)應用試驗(yan)，生產出性能優異的(de)均(jun)聚和無規共聚茂(mao)金(jin)屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)樹脂。這一(yi)催(cui)化(hua)(hua)劑產品因此(ci)獲評中(zhong)國(guo)石(shi)油和化(hua)(hua)學工(gong)業(ye)聯合會2023年(nian)度(du)化(hua)(hua)工(gong)新材料創新產品。

近(jin)日(ri)，《中國(guo)化(hua)工報》記(ji)者采訪了北化(hua)院聚(ju)乙烯(xi)研(yan)究所的(de)范國(guo)強(qiang)博士，聽他聊一聊研(yan)發(fa)茂金(jin)屬聚(ju)丙烯(xi)催(cui)化(hua)劑的(de)那些(xie)事兒。

解(jie)決結塊和堵塞問(wen)題——國內首次(ci)用于(yu)連續聚丙烯裝置(zhi)

茂金(jin)屬聚(ju)丙烯(xi)催(cui)化劑(ji)的研發為什么(me)難?

“茂(mao)金屬(shu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯的(de)(de)(de)熔點比傳統聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯要(yao)低，聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)很容(rong)易發生(sheng)結塊(kuai)或(huo)堵塞，成為影響裝(zhuang)置連續運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)‘攔路虎’。因此，茂(mao)金屬(shu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)對催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)性(xing)能(neng)要(yao)求很高(gao)。”范國強介(jie)紹(shao)說，“在(zai)我們的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)開發成功之前，國內(nei)有幾家企業使用(yong)進口催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)試生(sheng)產(chan)茂(mao)金屬(shu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯，也有部分研究機構(gou)開發的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)在(zai)間歇本體聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯裝(zhuang)置上進行(xing)過(guo)工業試驗(yan)。但(dan)進口催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)在(zai)連續聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯裝(zhuang)置上的(de)(de)(de)應用(yong)效果并不理想(xiang)，存在(zai)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)易結塊(kuai)、堵塞，以及生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)(ju)丙(bing)(bing)烯顆粒不均(jun)勻、細(xi)粉含(han)量(liang)高(gao)等問題。”

據了解，該催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑是國(guo)內首(shou)個成功應用于連續聚丙(bing)(bing)烯(xi)生產(chan)(chan)裝置的茂(mao)金(jin)屬催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑，使中國(guo)石化(hua)(hua)成為國(guo)內首(shou)家具(ju)有催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑制備(bei)、生產(chan)(chan)工藝及新(xin)產(chan)(chan)品開發全流(liu)程茂(mao)金(jin)屬聚丙(bing)(bing)烯(xi)自主技術的企業。

“據我們了解，該催(cui)(cui)化劑的(de)技術水平同國際水平相(xiang)當，主要體現(xian)在催(cui)(cui)化劑的(de)形(xing)態(tai)和(he)工藝適應(ying)性上。良好的(de)形(xing)態(tai)避(bi)免了聚(ju)合(he)反應(ying)過程中結塊和(he)堵(du)塞，生產的(de)聚(ju)合(he)物(wu)細粉含量低，也有利于生產過程的(de)平穩進(jin)行(xing)。”范國強(qiang)說。

獨特的(de)負載與(yu)活(huo)化工藝——促進國(guo)內聚丙烯(xi)產品高端(duan)化

那么，這種茂金(jin)屬聚丙烯催化(hua)劑(ji)是(shi)(shi)如何解決結塊和堵塞問(wen)題的?范(fan)國(guo)強告訴記(ji)者，主要(yao)是(shi)(shi)采用(yong)了獨(du)特的負(fu)載(zai)技(ji)(ji)術(shu)(shu)與活化(hua)工藝。他們通過自主開發的茂金(jin)屬負(fu)載(zai)工藝技(ji)(ji)術(shu)(shu)，解決了催化(hua)劑(ji)結構設計、制(zhi)備(bei)工藝、催化(hua)活性優化(hua)、工業應用(yong)適配等難題，獲得多項(xiang)中(zhong)國(guo)發明專利授(shou)權，制(zhi)備(bei)技(ji)(ji)術(shu)(shu)也通過了中(zhong)國(guo)石化(hua)的專有技(ji)(ji)術(shu)(shu)認定。

“在(zai)(zai)催化劑(ji)研發過程中(zhong)，我們要把起(qi)(qi)到(dao)(dao)催化作用的(de)分子吸(xi)附(fu)(fu)到(dao)(dao)顆粒狀(zhuang)的(de)載(zai)體上。這個過程不純粹是化學鍵的(de)結合，還(huan)(huan)有一(yi)定的(de)物理(li)吸(xi)附(fu)(fu)作用。與傳統(tong)催化劑(ji)相比，它面臨的(de)技術難題(ti)是：如果(guo)(guo)吸(xi)附(fu)(fu)得不那么牢(lao)，在(zai)(zai)生產過程中(zhong)聚(ju)合物會掉下來(lai)，導致(zhi)(zhi)產生細(xi)粉(fen)或(huo)結塊(kuai)；如果(guo)(guo)形狀(zhuang)不好，顆粒之(zhi)間(jian)會粘在(zai)(zai)一(yi)起(qi)(qi)，也會導致(zhi)(zhi)生產過程中(zhong)出(chu)現結塊(kuai)。”范(fan)國強表示，在(zai)(zai)后期的(de)負載(zai)工(gong)藝上，他們找到(dao)(dao)了比較好的(de)工(gong)藝條件，讓活(huo)性中(zhong)心能(neng)牢(lao)固地吸(xi)附(fu)(fu)在(zai)(zai)載(zai)體上；還(huan)(huan)通過控制催化劑(ji)形態，在(zai)(zai)適(shi)應(ying)(ying)現有聚(ju)合反應(ying)(ying)溫度(du)等方面作出(chu)調整。這樣開發出(chu)來(lai)的(de)茂金屬聚(ju)丙烯催化劑(ji)形態好，能(neng)避免聚(ju)合反應(ying)(ying)過程中(zhong)結塊(kuai)堵塞、聚(ju)合物細(xi)粉(fen)含量低(di)的(de)問題(ti)。

此外，茂(mao)金屬聚(ju)丙(bing)烯催化(hua)劑(ji)(ji)的活性中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)對雜(za)質更(geng)為敏感，面(mian)(mian)臨失活難(nan)題(ti)。在催化(hua)劑(ji)(ji)制(zhi)備過(guo)程中(zhong)(zhong)，他們從(cong)原料處理、催化(hua)劑(ji)(ji)的活化(hua)等方面(mian)(mian)作出技術創新，提高了活性中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)對雜(za)質的耐受性，保(bao)證了活性中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的穩定(ding)。

“我們通(tong)過改造催(cui)化(hua)劑加入系統(tong)和加氫控制系統(tong)，同(tong)時根據茂金屬(shu)(shu)催(cui)化(hua)劑的(de)性能特點優化(hua)生產工藝參數，使(shi)環管聚丙(bing)(bing)烯(xi)裝置具備茂金屬(shu)(shu)聚丙(bing)(bing)烯(xi)生產條(tiao)件，結合該催(cui)化(hua)劑形態(tai)好、氫調敏感的(de)特點，開發了(le)系列茂金屬(shu)(shu)聚丙(bing)(bing)烯(xi)產品。其(qi)中，mPPH-M110和mPPH-M150這兩款(kuan)產品為國(guo)內(nei)首次生產。”范國(guo)強表示，該催(cui)化(hua)劑解決了(le)國(guo)產茂金屬(shu)(shu)聚丙(bing)(bing)烯(xi)催(cui)化(hua)劑在環管聚丙(bing)(bing)烯(xi)裝置上(shang)的(de)應用問題，促進了(le)國(guo)內(nei)聚丙(bing)(bing)烯(xi)產品高端化(hua)。

產(chan)生(sheng)較好(hao)經(jing)濟效(xiao)益——將帶動相關產(chan)業國產(chan)化進程

記者了解到(dao)，從2012年研(yan)(yan)發(fa)立項到(dao)2022年研(yan)(yan)發(fa)成功，國產茂金屬聚(ju)丙烯催(cui)化劑的(de)面世用了整(zheng)整(zheng)10年時間(jian)。漫長的(de)10年研(yan)(yan)發(fa)之后(hou)，相關(guan)推廣(guang)應用正在鋪(pu)開。

據范國強介紹(shao)，目(mu)前該催(cui)化(hua)(hua)劑已實(shi)現(xian)中試(shi)規模生(sheng)(sheng)產，正在(zai)建設工(gong)業(ye)生(sheng)(sheng)產裝(zhuang)置，預計今年下半年可(ke)實(shi)現(xian)工(gong)業(ye)規模生(sheng)(sheng)產。該催(cui)化(hua)(hua)劑在(zai)揚子(zi)石化(hua)(hua)、中原(yuan)石化(hua)(hua)已成功應用(yong)，還有幾家企(qi)業(ye)有意向試(shi)用(yong)。在(zai)經濟(ji)效益上，中原(yuan)石化(hua)(hua)開(kai)發的茂金屬(shu)聚丙(bing)烯(xi)產品，每噸售價要比通(tong)用(yong)料高2000元(yuan)左右(you)。在(zai)聚丙(bing)烯(xi)裝(zhuang)置開(kai)工(gong)率低、市場低迷的當下，這樣的價格很(hen)難得(de)。

除(chu)了經濟效益，范(fan)國(guo)強更期待的是能帶動(dong)相關產業的國(guo)產化(hua)進程(cheng)。

“目前國(guo)內茂(mao)金(jin)(jin)屬聚丙(bing)(bing)烯絕大部分依賴進口，國(guo)內企(qi)業由(you)于擔心供(gong)應穩(wen)定(ding)性(xing)，不愿擴大用量。該催化劑研發成功后，有望解(jie)決茂(mao)金(jin)(jin)屬聚丙(bing)(bing)烯的國(guo)產化穩(wen)定(ding)生產問題，消除下游(you)客戶的顧(gu)慮(lv)，也將有力促(cu)進茂(mao)金(jin)(jin)屬聚丙(bing)(bing)烯的下游(you)應用。”范國(guo)強說。

據了解，下游應用(yong)場景(jing)如汽(qi)車部件、高(gao)端包(bao)裝等，對(dui)聚(ju)(ju)丙烯(xi)樹脂的氣味、可揮發性(xing)(xing)有機(ji)物(VOCs)含量要(yao)求比(bi)較(jiao)(jiao)嚴格，茂金屬聚(ju)(ju)丙烯(xi)可以(yi)很好地滿足要(yao)求。此(ci)外，茂金屬聚(ju)(ju)丙烯(xi)鏈結構的特點使其(qi)收(shou)縮率較(jiao)(jiao)低，且更(geng)(geng)為(wei)均(jun)勻，更(geng)(geng)適合生產薄壁產品。用(yong)其(qi)生產的無紡布，強度(du)和斷裂伸長都(dou)顯著提高(gao)；制備的流延(yan)膜霧度(du)更(geng)(geng)低，透明性(xing)(xing)更(geng)(geng)好。

“目前，國內茂(mao)(mao)金屬(shu)(shu)聚(ju)丙(bing)烯年使(shi)(shi)用(yong)(yong)量(liang)在10萬噸左(zuo)右，車用(yong)(yong)領域(yu)占較大比例，且仍處于(yu)增(zeng)(zeng)長階段。該(gai)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)已成功開發了用(yong)(yong)于(yu)汽車部件的(de)(de)(de)茂(mao)(mao)金屬(shu)(shu)聚(ju)丙(bing)烯產(chan)(chan)(chan)品(pin)，隨著產(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)國產(chan)(chan)(chan)化(hua)(hua)穩定(ding)供(gong)應(ying)，下游樹脂應(ying)用(yong)(yong)企業將會逐步(bu)擴(kuo)大使(shi)(shi)用(yong)(yong)規模。隨著催化(hua)(hua)需求增(zeng)(zeng)加，催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)制備(bei)所(suo)需的(de)(de)(de)載(zai)體、助(zhu)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)等(deng)上游產(chan)(chan)(chan)品(pin)需求也會相(xiang)應(ying)增(zeng)(zeng)加，由此(ci)也會帶動相(xiang)關產(chan)(chan)(chan)業加快國產(chan)(chan)(chan)化(hua)(hua)進(jin)程。”范國強(qiang)表示，他們(men)正在研發下一代(dai)催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)，以進(jin)一步(bu)優(you)化(hua)(hua)提升催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)性能、降(jiang)低(di)聚(ju)丙(bing)烯生產(chan)(chan)(chan)成本、提高聚(ju)丙(bing)烯產(chan)(chan)(chan)品(pin)市場競爭力。此(ci)外，他們(men)還(huan)將考(kao)慮拓(tuo)展(zhan)茂(mao)(mao)金屬(shu)(shu)聚(ju)丙(bing)烯的(de)(de)(de)產(chan)(chan)(chan)品(pin)范圍，開發更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)無(wu)規共聚(ju)產(chan)(chan)(chan)品(pin)，用(yong)(yong)于(yu)醫用(yong)(yong)包裝、透明容器等(deng)領域(yu)。同時(shi)，適用(yong)(yong)于(yu)氣相(xiang)聚(ju)丙(bing)烯生產(chan)(chan)(chan)工藝催化(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)工業化(hua)(hua)應(ying)用(yong)(yong)也在推進(jin)之(zhi)中。

轉載自：化工好(hao)料到(dao)

來(lai)源：中國化工報