茂金属聚乙烯热度不减,我国如何实现国产化开拓?

查荣荣

生物医药、节能环保、金属材料

  • 2019-11-06
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茂金属聚乙烯(mPE)具有良好的力学韧性以及减薄性能,在薄膜生产中具有重要作用,为工业包装、食品行业、个人护理等领域提供了高性能、易加工、轻量化的解决方案。本文结合茂金属聚乙烯的发展历程,重点分析了我国茂金属聚乙烯行业生产工艺、产业技术难点、产业化进程。

摘要:茂金属聚乙烯(mPE)具有良好的力学韧性以及减薄性能,在薄膜生产中具有重要作用,为工业包装、食品行业、个人护理等领域提供了高性能、易加工、轻量化的解决方案。本文结合茂金属聚乙烯的发展历程,重点分析了我国茂金属聚乙烯行业生产工艺、产业技术难点、产业化进程。

茂金属催化剂始于20世纪50年代初期,美国学者首次发现茂金属配合物——二茂铁,随后相继制备了茂钛、茂锆等茂金属,用于乙烯聚合,但是发展速度较为缓慢。直至20世纪80年代,德国汉堡大学相关学者运用茂金属催化剂体系制备聚乙烯,发现活性较高,比普通催化剂的高十几倍。随着茂金属催化剂的合成,一批具有新型结构的聚合物应运而生。

全球茂金属聚乙烯市场热度不减,到2025年预计我国m-LLDPE市场需求量将达到500万吨

茂金属聚乙烯是一种高性能聚合物材料,是推动高分子工业发展的重要动力。全球范围来看,茂金属聚乙烯实体化发展较快,在茂金属聚乙烯产品消费中,下游需求集中在工业包装材料以及食品包装膜上,制品包括缠绕拉伸薄膜、固体包装袋、液体包装袋、农膜等,相关数据表明,市场占比分别是47%、28%、15%、3%,详情请见图1。随着工业科技水平的不断进步,茂金属聚乙烯消费领域不断拓展,导致茂金属聚乙烯消费量不断扩大。数据显示,全球茂金属聚乙烯消费量从2012年的1318.7万吨增长到2017年的1452.1万吨,年度复合增长率为1.95%。其中,欧洲以及北美是主要消费区,我国m-LLDPE的市场需求也不断增多,年度增长率为30%,到2025年,预计我国m-LLDPE市场需求量将达到500万吨。随着薄膜市场的增长,下游将需要更多的茂金属聚乙烯,在未来,我国茂金属聚乙烯行业具有巨大的市场潜力。

 

图1 茂金属聚乙烯市场应用占比情况

(资料来源:公开数据整理)

我国茂金属聚乙烯主要生产工艺是Unipol气相流化床工艺和茂金属加合催化剂技术,技术优势各有千秋

目前,我国茂金属聚乙烯生产企业的主要工艺有美国Univation公司的Unipol气相流化床工艺和中国石化北京化工研究院研制的茂金属加合催化剂技术。其中,气相流化床工艺产品主要运用于注塑、拉丝、吹膜、管材等,该工艺具备操作弹性大、安全性高、可靠性高、环境友好等特点。具体工艺流程:以乙烯作为单体,可使用Cr系催化剂、茂金属催化剂、PRODIGY系列双峰催化剂等。乙烯、共聚单体在流化床反应器内进行阴离子配位聚合,生成聚乙烯。载体型钛、双峰、茂金属或铬催化剂不断加到反应器中,由循环气提供反应热,同时粉料产品不断撤出反应器,而后产品经过脱气后进行造粒,具体流程请见图2。中国石化北京化工研究院研制的茂金属加合催化剂技术简便,产品收率高,无需分离提纯。该技术的独到之处在于催化剂具有新颖的结构组成,三组分通过相互作用有机的结合,而不是简单的混合,产品表现出良好的催化性能。

图2 Unipol气相流化床工艺流程

(资料来源:中国知网)

加强茂金属催化剂活性、降低成本、开发新型聚合设备及工艺等均是我国茂金属聚乙烯行业实现产业化批量生产亟待解决的问题

目前,我国茂金属聚乙烯已经具备一定的产业化基础,但是在提升市场规模、提高自给率等方面仍存在发展空间。我国茂金属聚乙烯行业发展起步较晚,工业基础较为薄弱,行业化核心技术较发达国家相比存在差异。随着茂金属聚乙烯需求的不断增多,我国茂金属聚乙烯行业供应仍然存在缺口。在茂金属聚乙烯领域,仍需要通过催化剂以及关键原料技术的突破,降低生产成本,推动行业批量生产。我国茂金属聚乙烯行业正处于高速发展阶段,为促使茂金属聚乙烯成为取代其他产品的市场主力,不仅需要在现有工业装置上加以改进,还需要降低成本。茂金属聚乙烯由于其具有特殊的分子量分布以及组成分布,导致其加工工艺以及设备与其他传统材料有所不同。茂金属聚乙烯产业属于技术壁垒高、技术密集型行业,在生产过程中,需要严格控制工艺条件以及设备的正常运行,以达到产品质量稳定的效果。近年来,我国在茂金属聚乙烯领域的投入力度不断加大,国内企业在茂金属研发以及茂金属聚乙烯产品新牌号的生产方面取得了较大的进步。现阶段为实现我国茂金属聚乙烯产业化批量生产,仍需提高催化剂活性和降低成本等方面做出努力,一方面,需要围绕茂金属催化剂的催化剂负载化、主/助催化剂、催化剂载体等方面开展大量研发工作。另一方面,还需要促使茂金属聚乙烯在性能优势的基础上,通过降低成本提高产品优势。此外,在仍需加强聚合反应工程的研究,如何在现有的聚乙烯生产装置上制备合格的茂金属聚乙烯,开发新型聚合设备及工艺等,都是亟待解决的问题。

结语

茂金属聚乙烯一种高性能聚合物材料,在薄膜生产中具有重要作用。随着薄膜市场的增长,下游将需要更多的茂金属聚乙烯,在未来,我国茂金属聚乙烯行业具有巨大的市场潜力。尽管下游需求巨大,我国茂金属聚乙烯产品自给率不高。近年来,随着我国在茂金属聚乙烯领域的投入力度不断加大,国内企业在茂金属研发以及茂金属聚乙烯产品新牌号的生产方面取得了较大的进步。茂金属聚乙烯国内企业主流生产工艺有引进国外先进的Unipol气相流化床工艺和国内中国石化北京化工研究院研制的茂金属加合催化剂技术,技术优势各有不同。虽然茂金属聚乙烯行业具备一定的产业化基础,但是现阶段仍需为实现我国茂金属聚乙烯产业化批量生产而努力。近年来,随着国家相关部门、石化企业、科研机构对茂金属聚乙烯研发的重视,相信在未来,高端茂金属聚乙烯产品打破技术壁垒,早日实现进口替代指日可待。

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