茂金属催化剂的概况 茂金属聚丙烯具有传统聚丙烯所没有的一些特殊性能

• 侯贺 2023年9月26日 来源：中研网 848 52
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mPP利用茂金属催化合成，具有传统聚丙烯不具备的优势。随着市场对聚丙烯产品性能要求的提升，聚丙烯的生产技术不断优化，茂金属聚丙烯成为了高端聚丙烯的制备方案之一。茂金属是指由过渡金属（如锆、钛、铪等）与环戊二烯形成的有机金属配位化合物。茂金属催化剂为单一m

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聚丙烯是世界第二大通用塑料品种，技术发展关键在于催化剂。聚丙烯(PP)是需求量最大的通用聚烯烃产品之一，全球消费量仅次于聚乙烯(PE)。聚丙烯的主要消费领域是拉丝、注塑和纤维等，应用于包装、电子、家电、汽车、纤维、建筑管材等领域。聚丙烯工业技术发展的主要关键是催化剂，主要由传统的Ziegler-Natta（Z-N）催化剂进行生产。

 

mPP利用茂金属催化合成，具有传统聚丙烯不具备的优势。随着市场对聚丙烯产品性能要求的提升，聚丙烯的生产技术不断优化，茂金属聚丙烯成为了高端聚丙烯的制备方案之一。茂金属是指由过渡金属（如锆、钛、铪等）与环戊二烯形成的有机金属配位化合物。茂金属催化剂为单一活性中心催化剂，具有活性高、聚合反应平稳、氢调性能良好等特点，利用茂金属催化剂合成的聚丙烯被称为茂金属聚丙烯（mPP）。mPP具有相对分子量分布窄、微晶较小、抗冲强度和韧性极佳、透明性好、光泽度高、抗辐射性能好、绝缘性能优异、与其他多种树脂相容性好等优点，应用领域广泛，主要集中在无纺布、注塑及膜材料。茂金属聚丙烯具有传统聚丙烯所没有的一些特殊性能，所以其市场需求越来越大。

 

茂金属催化剂作为一种单活性中心催化剂，具备催化剂活性高，并且能够通过改变自身的配位基组成及结构，进而调控产物的分子量分布、立构规整性、支化度等性质，为聚烯烃的高效生产提供了更便利的条件。

 

茂金属催化剂的发现始于20世纪50年代初期，Miller和Pauson等在1951年首次发现茂金属——二茂铁，随后陆续制备了其他茂金属（茂铬、茂钛、茂锆和茂铪）用于乙烯聚合，但发展缓慢，一直未得到足够重视。

 

直到1980年Kaminsky和Sinn等用甲基铝氧烷（MAO）与Cp2ZrMe2（其中，Cp代表环戊二烯，Me代表甲基，下同）组成催化剂体系用于乙烯聚合， 发现该催化剂体系具有很高的活性，比当时活性最高的以MgCl2为载体的催化剂高几十倍。

 

可以说，MAO的发现和新的茂金属催化剂的合成使一批具有新型结构的聚合物（如等规聚丙烯，高间规度聚苯乙烯，长链支化、窄相对分子质量分布的聚乙烯等）应运而生。

 

我国茂金属催化剂及其催化产品的研究与开发始于20世纪80年代末，从事该工作的主要有中国石油化工股份有限公司 、中国石油天然气股份有限公司、 中国科学院化学研究所、浙江大学、华东理工大学等。

 

2002年，北京化工研究院在齐鲁石化公司的气相法聚乙烯工业装置上批量生产薄膜级mLLDPE并取得成功，率先实现茂金属催化剂工业化。

 

2007年，中国石油大庆石化分公司引进美国Univation公司的茂金属催化剂专利技术，开始陆续生产了3000多吨薄膜级mPE并投放市场。

 

2011年，由中国石化北京化工研究院制备的茂金属催化剂已成功实现工业化，并在中国石化齐鲁分公司的气相法聚乙烯工业装置上批量生产了薄膜料和耐热聚乙烯（ PE-RT）管道料。

 

2012年，中国石油化工研究院研制的茂金属催化剂在聚乙烯中试装置上实现连续运转276小时，共生产6.5吨中试产品。

 

2018年，燕山石化于成功生产出茂金属聚丙烯产品。这是我国工业化连续生产装置上首次实现茂金属聚丙烯的成功开发，标志着燕山石化成为国内首家茂金属聚丙烯连续生产企业。

 

2020年，北京化工研究院自主研发的茂金属聚丙烯催化剂工业化试验连续获得重大突破，并开发出两种茂金属超高熔体质量流动速率聚丙烯（mUHMIPP）。

 

2022年，北京化工研究院自主研发的茂金属聚丙烯催化剂，在中原石化环管聚丙烯工艺装置成功完成首次工业应用，生产出性能优异的均聚和无规共聚茂金属聚丙烯树脂。

 

近年来，应用茂金属催化剂生产的聚烯烃产品产量迅速增加并凭借其优异的材料特性占据市场。具体来看，茂金属聚烯烃产品包括茂金属聚乙烯（mPE）、茂金属聚丙烯（mPP）、茂金属间规聚苯乙烯、茂金属环烯烃、聚烯烃弹性体（POE）、环烯烃共聚物（COC／COP）等。

 

mPP有五种主要产品，处于产业链中游。mPP根据聚合方式分为等规聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯及等规聚丙烯蜡。从产业链来看，mPP处于产业链的中游，上游主要原材料为茂金属化合物和丙烯，其中丙烯主要通过石脑油、甲醇及丙烷制取；下游主要应用于纺丝和无纺布、注塑及膜制品领域。

 

mPP有高透明度和光泽度，全球下游主要应用于医疗卫生和食品包装。mPP的透明性和表面光泽度可与其他一些透明树脂(聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等)相媲美，性能价格比也优于PC、PS、PET等，因此被广泛应用于透明包装、医疗器械、家庭用品、一般工业等领域，其中医疗卫生和食品包装领域是茂金属最主要应用方向。茂金属聚丙烯由于有更高的热变形温度、更高的弯曲模量、更高的热封性能、更高的透明度和极低的溶出物含量，在食品领域应用占有优势，而在医疗卫生领域的优势是其韧性好且不容易断裂。

 

 

国内下游主要应用于熔喷料，带动mPP需求提升。中国进口的mPP最主要的需求端是熔喷料，此外还有医疗领域的高端卫生产品，如口罩、手术床单、手术服、高端孕婴用品、输液袋、高端纸尿裤、高端卫生巾等，极少量茂金属聚丙烯被用于高端产品包装，如高端日用品、化妆品的包装等(代表企业如日本花王、资生堂等)。另外，mPP具有低溶出物的性质，因此可被用于食品包装，结合其高透明度，可用于水瓶、婴儿奶瓶等产品。由于少数牌号的mPP具有良好的热封性，因此也被用于电子产品加工过程中电路板的包装。

 

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