《科学通报》2022年第17期香山科学会议专栏出版“新阶段聚烯烃的困境与高端突破机制”专题. 敬请关注！
编者按
聚烯烃: 创新一直在路上
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王笃金
中国科学院化学研究所研究员, 中国科学院大学岗位教授, 中国科学院学部工作局局长.
聚烯烃由宇宙中蕴藏量最丰富的元素氢和地球上含量最多的元素之一碳组成, 是高分子材料的最大品种. 自20世纪50年代诞生以来, 其制备技术持续创新, 从催化剂设计、聚合方法探索、聚合装置和工艺开发、材料加工改性，到制品成型与服役行为等诸方面, 引领了高分子材料研究开发的新范式, 推动了“高分子化学与物理”的蓬勃发展, 成为石油化工、煤化工和天然气化工等领域下游的支柱产品, 为人类经济社会发展作出了重要贡献.
近年来, 随着基础研究水平的提高和关键核心技术不断取得突破, 我国聚烯烃产业发展迅速, 呈现出供需两旺的局面. 2020年全球聚烯烃产能超过2亿吨, 我国超过5000万吨, 接近全球产能的25%, 成为最大的聚烯烃生产国. 未来几年, 我国新建的大型炼油和乙烯项目的下游多数将配套聚烯烃装置, 煤制烯烃及外购甲醇制烯烃、外购丙烷脱氢制丙烯等项目的下游也大多选择发展聚烯烃, 因此聚烯烃的生产能力将不断增长. 在应用领域, 随着新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化的深入推进和居民消费结构的不断升级, 我国聚烯烃市场面临巨大的发展空间.
产能和需求的快速增长使我国聚烯烃产业存在的结构性矛盾越发突出. 长期以来, 我国聚烯烃产品集中于中低端通用料, 新增产能仍以通用料为主, 国际竞争力弱, 产品附加值低. 与之对照的是, 我国高端聚烯烃产品严重依赖国外, 进口依存度超过70%. 大量市场急需的高性能材料, 如茂金属聚烯烃弹性体、软质聚丙烯热塑性弹性体和各种特殊用途的专用料, 主要依赖进口. 随着汽车、家电以及房地产等下游领域需求的不断攀升以及应用领域的不断扩展, 高端聚烯烃的刚性需求还将继续增大. 同时, 医用口罩、防护服、输液管和输液袋、防弹制品等医卫防护用品的原材料主要是高性能聚烯烃树脂, 新时期我国经济社会发展、人民美好生活需求和各类风险防控(如突发重大传染性疾病和反恐维稳等), 对上述材料和制品需求旺盛, 这为我国聚烯烃新材料创新发展提供了良好机遇, 也提出了巨大挑战.
为研讨明晰我国聚烯烃产业在实现进口替代和自主创新方面所欠缺的基础研究方向, 评估其对产业的影响, 促进形成高端聚烯烃基础研究与产业创新的融合发展机制, 推动聚烯烃材料供给侧改革, 2021年7月12~13日, 在北京召开了以“新阶段聚烯烃的困境与高端突破机制”为主题的香山科学会议第705次学术讨论会. 基于这次会议的成果, 我们邀请了吴长江、董金勇、陈昶乐、王靖岱、杨文泓、王洋等多位从事聚烯烃基础研究和技术开发的专家学者, 以“我国聚烯烃产业技术的现状与发展建议”、“聚合新方法研究对我国聚烯烃高性能化技术发展的重要性和可行性”、“镍催化剂用于功能化聚烯烃材料的制备”、“高性能聚乙烯产品设计”、“机器学习在聚烯烃催化剂领域的应用与展望”、“烯烃聚合助催化剂: 发展、应用和展望”为题, 撰写了系列评述文章, 期待帮助读者了解聚烯烃领域的研究现状和发展趋势, 激发广大科研人员投身聚烯烃科技创新大潮, 为新时期我高分子材料行业的可持续发展作出贡献.
观点
我国聚烯烃产业技术的现状与发展建议
吴长江
我国聚烯烃产业具有世界上规模最大、工艺最全、原料多元化最突出等优势, 也存在整体大而不强、结构性矛盾凸显等问题. 本文总结了目前国内外聚烯烃产业的发展趋势, 分析了中国聚烯烃产业发展中遇到的瓶颈与挑战, 并从技术创新和机制创新两方面提出了建议.
聚合新方法研究对我国聚烯烃高性能化技术发展的重要性和可行性
董金勇
同步/原位交联烯烃聚合(S/ICOP)技术基于成熟的Ziegler-Natta催化剂和通用聚合工艺发展出聚烯烃热塑性弹性体和长链支化聚丙烯的有效制备方法, 为我国现阶段聚烯烃高性能化技术发展提供了新路径.
评述
机器学习在聚烯烃催化剂领域的应用与展望
杨文泓, 孙文华
催化剂是实现聚烯烃高端化的核心之一. 机器学习可以预测催化剂微观结构与其宏观聚合性能的定量关系. 本文将介绍机器学习在聚烯烃催化剂中的最新研究进展, 并简要评述该领域面临的机遇与挑战.
镍催化剂用于功能化聚烯烃材料的制备
陈敏, 陈昶乐
本文首先基于镍催化烯烃共聚合领域, 具体介绍各类催化剂的结构创新、极性单体的底物拓展以及功能化聚烯烃材料性质等方面的研究进展. 然后, 立足于工业化应用的角度, 探讨了镍金属催化烯烃共聚合领域所面临的问题与挑战, 并讨论了该领域未来的重要研究方向.
烯烃聚合助催化剂: 发展、应用和展望
王洋
每年聚烯烃全球产量超1亿吨, 其被广泛应用到人类生产生活各个领域. 实现高效均相聚合的关键在于选择合适的催化剂和助催化剂组合, 本文总结概括了烯烃聚合助催化剂领域近20年较重要的工作.
高性能聚乙烯产品设计
历伟, 孙婧元, 黄正梁, 王靖岱, 阳永荣
分别从催化剂结构设计、非均相催化剂结构解析、聚合反应工艺以及产品加工工艺的层面介绍了当前聚乙烯高性能化的重要进展; 重点介绍了从活性中心聚合微环境设计出发, 通过与催化剂聚合行为的匹配, 开发高性能聚乙烯产品的制备新工艺.