在聚丙烯工業界，齊格勒—納塔(Ziegler-Natta)催化劑可謂無人不曉。我國超4000萬噸/年的聚丙烯總產能，幾乎全部使用該類催化劑生產。從20世紀50年代誕生至今，齊格勒—納塔催化劑已更新演變至第五代。新型內給電子體已成為催化劑更新換代的標志，是該類催化劑研究的重要領域。
近日，中國石化北京化工研究院(以下簡稱北化院)開發完成的“基于新結構內給電子體的高熔體強度聚丙烯用催化劑”技術通過中石化集團公司科技部鑒定，整體技術達到國際領先水平。據了解，這是迄今全球為數不多的成功實現商業化的內給電子體技術。
這種全新的BCZ-308催化劑有何技術亮點?應用前景如何?帶著問題，《中國化工報》記者采訪了主要參與該催化劑研發的北化院聚丙烯研究所周奇龍博士。
實現內給電子體構型控制
催化劑是烯烴聚合技術的核心，具有較高的技術壁壘。從公開信息看，國際上有兩家龍頭企業已各自商業化了1~2種新的催化劑用內給電子體。從國內看，中石化深耕內給電子體領域20多年，目前也已擁有兩種成功實現商業化的原創性第五代催化劑用內給電子技術。第一種為2003年研發成功的二醇酯內給電子體，第二種就是最近通過鑒定的BCZ-308催化劑用新型內給電子體。
“內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構、機械性能和加工性能。”周奇龍告訴記者。
周奇龍進一步解釋說，從微觀結構看，聚丙烯鏈段中甲基的排布有全同、間同、無規等立體構型。聚丙烯的微觀結構、相對分子質量大小和分布都會影響其結晶行為和聚集態結構，進而影響聚丙烯的機械性能和加工性能。而給電子體正是聚丙烯微觀結構、相對分子質量及分布的決定因素之一。為此，他們在掌握新一代內給電子體構型控制技術的基礎上，成功解決了聚合活性低、立構定向性差等難題，開發出綜合性能優良的BCZ-308催化劑。
可助力聚丙烯產品差異化
“目前國內聚丙烯產能已結構性過剩，需求偏弱，部分生產企業出現虧損。產品差異化、高端化以及進一步拓寬聚丙烯的應用有望助力企業‘脫困’和提升盈利能力，進而促進聚丙烯產業高質量發展。我們研發BCZ-308催化劑的意義就在于通過催化劑的差異化，實現樹脂產品的差異化。”周奇龍說。
據介紹，經過幾年的應用試驗，北化院和上海賽科石化、中石化催化劑公司合作，基于BCZ-308催化劑開發出一種新的高熔體強度聚丙烯產品技術。該技術已在上海賽科石化25萬噸/年Innovene氣相裝置上成功應用，可實現在反應器中直接生產高熔體強度聚丙烯，目前產量約8000噸/年。實驗結果表明，產品熔體強度顯著高于進口產品，能夠滿足下游企業對壓塑、吹塑、吹膜等加工工藝的性能需求，可用于生產高性能包裝材料、防水卷材離型膜等制品。
后續將開拓新的應用場景
“新技術要推廣，需要找到好的產品切入點。2015年BCZ-308催化劑工業化完成后，我們陸續在多家企業進行了工業實驗。目前真正落地生根的只有上海賽科石化一家，實現了樹脂產品的穩定銷售。”據周奇龍透露，采用該催化劑生產的聚丙烯，催化劑成本比普通產品高出不到100元/噸，但產品售價要高400~800元/噸，為企業帶來較好的經濟效益。
據了解，采用BCZ-308催化劑生產出的聚丙烯產品的相對分子質量分布很寬，在保證聚合物力學性能的同時，具有良好的加工性能。此外，制成的聚丙烯超大相對分子質量鏈段特別多、熔體強度較高，目前已實現在吹膜、中空材料領域的突破。后續，項目組將一方面利用該新結構內給電子體開發系列催化劑，另一方面將應用此類催化劑開發新的樹脂產品，拓展樹脂產品在新領域、新場景的應用。
來源：中國化工報 中國石油和化工網
