茂金屬聚乙烯熱度不減,我國如何實現國產化開拓?

查榮榮

生物醫藥、節能環保、金屬材料

  • 2019-11-06
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茂金屬聚乙烯(mPE)具有良好的力學韌性以及減薄性能,在薄膜生產中具有重要作用,為工業包裝、食品行業、個人護理等領域提供了高性能、易加工、輕量化的解決方案。本文結合茂金屬聚乙烯的發展歷程,重點分析了我國茂金屬聚乙烯行業生產工藝、產業技術難點、產業化進程。

摘要:茂金屬聚乙烯(mPE)具有良好的力學韌性以及減薄性能,在薄膜生產中具有重要作用,為工業包裝、食品行業、個人護理等領域提供了高性能、易加工、輕量化的解決方案。本文結合茂金屬聚乙烯的發展歷程,重點分析了我國茂金屬聚乙烯行業生產工藝、產業技術難點、產業化進程。

茂金屬催化劑始于20世紀50年代初期,美國學者首次發現茂金屬配合物——二茂鐵,隨后相繼制備了茂鈦、茂鋯等茂金屬,用于乙烯聚合,但是發展速度較為緩慢。直至20世紀80年代,德國漢堡大學相關學者運用茂金屬催化劑體系制備聚乙烯,發現活性較高,比普通催化劑的高十幾倍。隨著茂金屬催化劑的合成,一批具有新型結構的聚合物應運而生。

全球茂金屬聚乙烯市場熱度不減,到2025年預計我國m-LLDPE市場需求量將達到500萬噸

茂金屬聚乙烯是一種高性能聚合物材料,是推動高分子工業發展的重要動力。全球范圍來看,茂金屬聚乙烯實體化發展較快,在茂金屬聚乙烯產品消費中,下游需求集中在工業包裝材料以及食品包裝膜上,制品包括纏繞拉伸薄膜、固體包裝袋、液體包裝袋、農膜等,相關數據表明,市場占比分別是47%、28%、15%、3%,詳情請見圖1。隨著工業科技水平的不斷進步,茂金屬聚乙烯消費領域不斷拓展,導致茂金屬聚乙烯消費量不斷擴大。數據顯示,全球茂金屬聚乙烯消費量從2012年的1318.7萬噸增長到2017年的1452.1萬噸,年度復合增長率為1.95%。其中,歐洲以及北美是主要消費區,我國m-LLDPE的市場需求也不斷增多,年度增長率為30%,到2025年,預計我國m-LLDPE市場需求量將達到500萬噸。隨著薄膜市場的增長,下游將需要更多的茂金屬聚乙烯,在未來,我國茂金屬聚乙烯行業具有巨大的市場潛力。

 

圖1 茂金屬聚乙烯市場應用占比情況

(資料來源:公開數據整理)

我國茂金屬聚乙烯主要生產工藝是Unipol氣相流化床工藝和茂金屬加合催化劑技術,技術優勢各有千秋

目前,我國茂金屬聚乙烯生產企業的主要工藝有美國Univation公司的Unipol氣相流化床工藝和中國石化北京化工研究院研制的茂金屬加合催化劑技術。其中,氣相流化床工藝產品主要運用于注塑、拉絲、吹膜、管材等,該工藝具備操作彈性大、安全性高、可靠性高、環境友好等特點。具體工藝流程:以乙烯作為單體,可使用Cr系催化劑、茂金屬催化劑、PRODIGY系列雙峰催化劑等。乙烯、共聚單體在流化床反應器內進行陰離子配位聚合,生成聚乙烯。載體型鈦、雙峰、茂金屬或鉻催化劑不斷加到反應器中,由循環氣提供反應熱,同時粉料產品不斷撤出反應器,而后產品經過脫氣后進行造粒,具體流程請見圖2。中國石化北京化工研究院研制的茂金屬加合催化劑技術簡便,產品收率高,無需分離提純。該技術的獨到之處在于催化劑具有新穎的結構組成,三組分通過相互作用有機的結合,而不是簡單的混合,產品表現出良好的催化性能。

圖2 Unipol氣相流化床工藝流程

(資料來源:中國知網)

加強茂金屬催化劑活性、降低成本、開發新型聚合設備及工藝等均是我國茂金屬聚乙烯行業實現產業化批量生產亟待解決的問題

目前,我國茂金屬聚乙烯已經具備一定的產業化基礎,但是在提升市場規模、提高自給率等方面仍存在發展空間。我國茂金屬聚乙烯行業發展起步較晚,工業基礎較為薄弱,行業化核心技術較發達國家相比存在差異。隨著茂金屬聚乙烯需求的不斷增多,我國茂金屬聚乙烯行業供應仍然存在缺口。在茂金屬聚乙烯領域,仍需要通過催化劑以及關鍵原料技術的突破,降低生產成本,推動行業批量生產。我國茂金屬聚乙烯行業正處于高速發展階段,為促使茂金屬聚乙烯成為取代其他產品的市場主力,不僅需要在現有工業裝置上加以改進,還需要降低成本。茂金屬聚乙烯由于其具有特殊的分子量分布以及組成分布,導致其加工工藝以及設備與其他傳統材料有所不同。茂金屬聚乙烯產業屬于技術壁壘高、技術密集型行業,在生產過程中,需要嚴格控制工藝條件以及設備的正常運行,以達到產品質量穩定的效果。近年來,我國在茂金屬聚乙烯領域的投入力度不斷加大,國內企業在茂金屬研發以及茂金屬聚乙烯產品新牌號的生產方面取得了較大的進步。現階段為實現我國茂金屬聚乙烯產業化批量生產,仍需提高催化劑活性和降低成本等方面做出努力,一方面,需要圍繞茂金屬催化劑的催化劑負載化、主/助催化劑、催化劑載體等方面開展大量研發工作。另一方面,還需要促使茂金屬聚乙烯在性能優勢的基礎上,通過降低成本提高產品優勢。此外,在仍需加強聚合反應工程的研究,如何在現有的聚乙烯生產裝置上制備合格的茂金屬聚乙烯,開發新型聚合設備及工藝等,都是亟待解決的問題。

結語

茂金屬聚乙烯一種高性能聚合物材料,在薄膜生產中具有重要作用。隨著薄膜市場的增長,下游將需要更多的茂金屬聚乙烯,在未來,我國茂金屬聚乙烯行業具有巨大的市場潛力。盡管下游需求巨大,我國茂金屬聚乙烯產品自給率不高。近年來,隨著我國在茂金屬聚乙烯領域的投入力度不斷加大,國內企業在茂金屬研發以及茂金屬聚乙烯產品新牌號的生產方面取得了較大的進步。茂金屬聚乙烯國內企業主流生產工藝有引進國外先進的Unipol氣相流化床工藝和國內中國石化北京化工研究院研制的茂金屬加合催化劑技術,技術優勢各有不同。雖然茂金屬聚乙烯行業具備一定的產業化基礎,但是現階段仍需為實現我國茂金屬聚乙烯產業化批量生產而努力。近年來,隨著國家相關部門、石化企業、科研機構對茂金屬聚乙烯研發的重視,相信在未來,高端茂金屬聚乙烯產品打破技術壁壘,早日實現進口替代指日可待。

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