聚烯烃催化剂发展关注产品设计
□ 中国化信特种橡胶与塑料研究部
2010年中国聚烯烃产量超过1900万t，同比增长20.8%。同时，聚烯烃树脂的进口量也达到了1169万t，
比2009年略有下降。2005~2010年，国内聚烯烃的表观消费量年均递增9.81%，这与2000～2005年的15%增长率
低了很多，除了金融危机的影响外，也说明中国聚烯烃消费正在走向成熟。
一个逐渐成熟的市场对通用料的需求增长会逐渐变缓，更青睐特种、精细化和专用的材料。按终端用户要求
设计、定制产品将成为中国聚烯烃生产商努力的方向。在这方面，已经进入聚烯烃消费成熟阶段的发达国家给出
了很多成功的经验。正如德国南方化学公司的C. P. Chen博士所介绍的，现在的开发路线是：按终端用户的要
求确定聚合物的结构，然后确定催化剂和聚合条件，进行产品设计，再返回到终端用户验证。
催化剂虽然在聚烯烃生产成本中占比很小，但对聚合物的市场价值却有重大的影响。可以说，催化剂性能的
改进和提高对聚烯烃技术进步的贡献非常大，尤其在专用料生产方面。催化剂对聚合物的微观和宏观结构都有影
响，直接决定了产品的性质（如相对分子质量及其分布、产品形态、无规聚合物含量等）和用途。当然，针对目
标聚烯烃树脂级别，工艺条件对催化剂选择影响也很大。
国际催化剂发展趋势
目前工业应用量比较大的聚烯烃催化剂主要有三个系列：铬基催化剂、齐格勒-纳塔(Z-N)催化剂和茂金属及
非茂单一活性中心催化剂。铬基催化剂主要用于Phillips环管工艺和Dow化学的Unipol工艺，目前占世界HDPE
产量1/2以上的Phillips环管工艺采用铬基催化剂。
60年前开发的齐格勒-纳塔催化剂目前仍占有很重要的地位。世界上很多聚乙烯公司仍在不断改进他们所使
用的齐格勒-纳塔催化剂。如Univation公司最近开发的工业化催化剂UCAT-J的活性是650000g(PE)/g(催化剂)，
该公司于2009年8月在江苏省张家港开工建设生产该催化剂的工厂，计划2011年投产。这种催化剂可用于线性
低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的生产。Univation公司最近几年对外转让的聚乙烯技术和催化剂技术中，约有半
数买家是中国公司。
齐格勒-纳塔聚丙烯催化剂作为聚丙烯生产中的主流催化体系，其综合性能也在不断提高，一些新型的特种
齐格勒-纳塔催化剂正在不断应用于工业化生产中。国内外各大公司主要通过使用不同的内、外给电子体，不断
提高齐格勒-纳塔催化剂的活性，从而控制产品性能。其中外给电子体技术开发备受重视，国外在该技术的研发
及应用方面不乏成功例子，如与TK系列催化剂配合的二苯基二甲氧基硅烷（DPMS）；与MC系列催化剂配合的苯
基三乙氧基硅烷（PES）、环己基二甲氧基硅烷（CHMMS）、二环戊基二甲氧基硅烷（DCPMS）和与CD系列催化剂配
合的二异丙基二甲氧基硅烷、二异丁基二甲氧基硅烷（DIBS）等。
制备既具有较好刚性，又在抗冲击性能方面均衡的聚丙烯产品，也是催化剂的发展趋势之一。Basell公司针
对生产高抗冲、高刚性的产品，已经开发出系列化催化剂，并投放市场。其Catalloy工艺制备的以丙烯为主单
体的烯烃共聚合金产品，所用共聚单体有乙烯和丁烯等高碳α-烯烃，产品性能得到显著提高。生产这类产品需
要较为特殊的工艺，而对催化剂的性能（如催化剂的粒径分布、空隙度、孔径分布及聚合反应动力学等）也有特
殊要求。
茂金属催化剂是最重要的一种单一活性中心催化剂，用茂金属单一活性中心催化剂得到的是窄分子量分布的
聚合物。茂金属催化剂研发的领域已经扩大到一些不属于茂的催化剂，但这些催化剂也具有同样的单一活性中心
特点。在过去20年单一活性中心催化剂在聚乙烯工业中起的作用最大，尤其是高压聚乙烯。在其他方面的应用
如聚丙烯生产还不是很理想。中国自1993年开始茂金属催化剂的研制开发，但与发动国家还有一定差距。
综合而言，近年来世界聚烯烃行业发展的总趋势是不断开发新催化剂和新生产工艺，提高高性能和高附加值
牌号的比例，依靠产品设计达到更靠近终端用户、扩大市场份额的目的。
我国聚烯烃工艺技术
亟待深入
从聚烯烃的产能和产量看，中石化和中石油已经在全球名列前茅，而且目前还有很多项目在建设中。中石化
的聚烯烃技术也快速发展，近几年开发了众多新型聚烯烃树脂牌号，在烯烃聚合工艺、催化剂改进、高效成核剂
的应用等方面也取得了显著成果。中石化已经研发出活性超20万倍的聚丙烯催化剂HA系列，所开发的ND聚丙
烯催化剂、高活性BCE催化剂已经通过工业化试验验证。
在聚烯烃聚合工艺方面，中国石化首创不对称加给电子体技术、第三代聚丙烯环管技术等成套技术。大型气
相法聚乙烯成套技术成功实现工业应用。以树脂结构表征及分子结构设计为基础，开发成功聚乙烯燃气管专用料、
聚合装置直接生产汽车保险杠专用料。
中石油在聚烯烃催化剂的开发上也取得了长足进步。该集团首个具有完全自主知识产权的PSP-01球形聚丙
烯催化剂，2010年在抚顺石化公司10万t/a聚丙烯装置上完成工业生产试验，并成功开发出两个牌号的专用料。
这意味着中石油生产聚丙烯所需催化剂将大幅减少对外部采购的依赖，提升其开发聚丙烯新产品新牌号的能力，
为其所承担的重点研发项目“汽车用聚烯烃材料单一化技术”奠定了基础。
虽然中国在聚烯烃催化技术研发和生产方面已经取得了不菲的成果，Ziegler-Natta催化剂的国产化率也达
到了90%左右，但国内企业高性能聚烯烃牌号的开发能力不强，具有自主知识产权的聚烯烃工艺技术亟待深入研
究与开发。有关专家指出国内聚烯烃业者在聚乙烯方面应该增加耐压管材、电缆、大型中空制品等专用料的生产，
而聚丙烯则需重点发展透明食用包装、弹性流延、低热封高撕裂等功能料。在新型聚烯烃催化剂方面，中国需要
重点关注茂金属及非茂单一活性中心催化剂、功能化聚烯烃的催化剂等。
举例来说，我国在外给电子体的研究开发上落后于国外，处于仿制国外产品的阶段。因此，在开发催化剂的
同时，应注重与其配套的外给电子体技术的研发，达到充分发挥催化剂性能，才能提高催化剂技术的整体水平。
在高抗冲、高刚性产品生产方面，我国的催化剂技术与国外存在较大的差距，国内高抗冲、高刚性聚丙烯产
品市场被进口产品占领。因此，国内研究部门应该加强开发适用于高抗冲、高刚性聚丙烯产品的新型催化剂以及
相应的工艺。