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在聚丙烯工業(yè)界，齊格勒—納塔(Ziegler-Natta)催化劑可謂無人不曉。我國超4000萬噸/年的聚丙烯總產(chǎn)能，幾乎全部使用該類催化劑生產(chǎn)。從20世紀(jì)50年代誕生至今，齊格勒—納塔催化劑已更新演變至第五代。新型內(nèi)給電子體已成為催化劑更新?lián)Q代的標(biāo)志，是該類催化劑研究的重要領(lǐng)域。
近日，中國石化北京化工研究院(以下簡稱北化院)開發(fā)完成的“基于新結(jié)構(gòu)內(nèi)給電子體的高熔體強(qiáng)度聚丙烯用催化劑”技術(shù)通過中石化集團(tuán)公司科技部鑒定，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。據(jù)了解，這是迄今全球?yàn)閿?shù)不多的成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的內(nèi)給電子體技術(shù)。
這種全新的BCZ-308催化劑有何技術(shù)亮點(diǎn)?應(yīng)用前景如何?帶著問題，《中國化工報(bào)》記者采訪了主要參與該催化劑研發(fā)的北化院聚丙烯研究所周奇龍博士。
實(shí)現(xiàn)內(nèi)給電子體構(gòu)型控制
催化劑是烯烴聚合技術(shù)的核心，具有較高的技術(shù)壁壘。從公開信息看，國際上有兩家龍頭企業(yè)已各自商業(yè)化了1~2種新的催化劑用內(nèi)給電子體。從國內(nèi)看，中石化深耕內(nèi)給電子體領(lǐng)域20多年，目前也已擁有兩種成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的原創(chuàng)性第五代催化劑用內(nèi)給電子技術(shù)。第一種為2003年研發(fā)成功的二醇酯內(nèi)給電子體，第二種就是最近通過鑒定的BCZ-308催化劑用新型內(nèi)給電子體。
“內(nèi)給電子體是聚丙烯催化劑的核心組成，很大程度上決定了催化劑的性能，以及聚丙烯的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和加工性能。”周奇龍告訴記者。
周奇龍進(jìn)一步解釋說，從微觀結(jié)構(gòu)看，聚丙烯鏈段中甲基的排布有全同、間同、無規(guī)等立體構(gòu)型。聚丙烯的微觀結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量大小和分布都會(huì)影響其結(jié)晶行為和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響聚丙烯的機(jī)械性能和加工性能。而給電子體正是聚丙烯微觀結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量及分布的決定因素之一。為此，他們在掌握新一代內(nèi)給電子體構(gòu)型控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功解決了聚合活性低、立構(gòu)定向性差等難題，開發(fā)出綜合性能優(yōu)良的BCZ-308催化劑。
可助力聚丙烯產(chǎn)品差異化
“目前國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能已結(jié)構(gòu)性過剩，需求偏弱，部分生產(chǎn)企業(yè)出現(xiàn)虧損。產(chǎn)品差異化、高端化以及進(jìn)一步拓寬聚丙烯的應(yīng)用有望助力企業(yè)‘脫困’和提升盈利能力，進(jìn)而促進(jìn)聚丙烯產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。我們研發(fā)BCZ-308催化劑的意義就在于通過催化劑的差異化，實(shí)現(xiàn)樹脂產(chǎn)品的差異化。”周奇龍說。
據(jù)介紹，經(jīng)過幾年的應(yīng)用試驗(yàn)，北化院和上海賽科石化、中石化催化劑公司合作，基于BCZ-308催化劑開發(fā)出一種新的高熔體強(qiáng)度聚丙烯產(chǎn)品技術(shù)。該技術(shù)已在上海賽科石化25萬噸/年Innovene氣相裝置上成功應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)器中直接生產(chǎn)高熔體強(qiáng)度聚丙烯，目前產(chǎn)量約8000噸/年。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品熔體強(qiáng)度顯著高于進(jìn)口產(chǎn)品，能夠滿足下游企業(yè)對(duì)壓塑、吹塑、吹膜等加工工藝的性能需求，可用于生產(chǎn)高性能包裝材料、防水卷材離型膜等制品。
后續(xù)將開拓新的應(yīng)用場景
“新技術(shù)要推廣，需要找到好的產(chǎn)品切入點(diǎn)。2015年BCZ-308催化劑工業(yè)化完成后，我們陸續(xù)在多家企業(yè)進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)。目前真正落地生根的只有上海賽科石化一家，實(shí)現(xiàn)了樹脂產(chǎn)品的穩(wěn)定銷售。”據(jù)周奇龍透露，采用該催化劑生產(chǎn)的聚丙烯，催化劑成本比普通產(chǎn)品高出不到100元/噸，但產(chǎn)品售價(jià)要高400~800元/噸，為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。
據(jù)了解，采用BCZ-308催化劑生產(chǎn)出的聚丙烯產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量分布很寬，在保證聚合物力學(xué)性能的同時(shí)，具有良好的加工性能。此外，制成的聚丙烯超大相對(duì)分子質(zhì)量鏈段特別多、熔體強(qiáng)度較高，目前已實(shí)現(xiàn)在吹膜、中空材料領(lǐng)域的突破。后續(xù)，項(xiàng)目組將一方面利用該新結(jié)構(gòu)內(nèi)給電子體開發(fā)系列催化劑，另一方面將應(yīng)用此類催化劑開發(fā)新的樹脂產(chǎn)品，拓展樹脂產(chǎn)品在新領(lǐng)域、新場景的應(yīng)用。
