特刊
作为《Polymer Science & Technology》特刊“行业相关聚合物科学与技术”的一部分发表。
在过去50年里，聚合物科学与技术并未取得重大突破，导致新建生产设施的门槛不断降低。目前，大多数产品都存在严重的产能过剩问题。聚烯烃占合成树脂消费量的60%以上，是产能过剩的典型代表。聚烯烃的主要产品是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），年消费量约为2.5亿吨。不同来源的乙烯生产出的PE成本差异很大。与化工行业和乙烯厂生产的PE相比，利用油田伴生气或页岩气生产的PE具有绝对的成本优势和市场竞争力。然而，PP的情况则完全不同。来自乙烯厂、石油精炼、丙烷脱氢（PDH）或煤制化学品（CTO/MTO）等不同来源的PP成本几乎相同，导致竞争更加激烈。在中国，PP没有成本劣势，但其经济效益甚至不如成本有显著劣势的PE。
目前，作为通用合成树脂中密度最低的品种，PP是全球第二大合成树脂。PP是一种真正环保的材料，因为它可以在低温下生产和加工，并且易于回收。用PP替代其他材料可以节省能源并减少排放。全球年PP产量已超过9000万吨。中国作为净出口国，是最大的生产和消费国，年产量超过3800万吨。PP行业面临的主要挑战是由于产能过剩导致生产设施的运行率急剧下降。2023年全球设施的平均运行率约为77.8%，而2024年中国的这一比例约为74%。预计未来全球PP产能将继续增长，到2030年可能超过1.3亿吨。由于生产设施的运行率极低，大多数生产企业将面临亏损。如果没有重大技术突破，PP行业的发展前景并不乐观。基于基础研究和行业现状，作者认为在以下两个领域有可能实现技术突破，这可能帮助PP行业克服困难并迎来新的繁荣。
(1) 探索PP的新应用领域是解决其过剩问题的最重要研究方向。以下产品尤其值得关注：
| (1) | 用于高压电缆的PP。 (1)随着太阳能和风能等间歇性能源的发展，长距离高压输电网络的建设将迅速增长，这将为高压电缆材料带来机遇。传统的高压电缆材料是交联的低密度PE材料，成本高昂且难以回收。目前，非交联的高压PP电缆材料已经达到了传统交联低密度PE材料的耐电压水平，并具有加工简单、易于回收等环保特性。只要进一步改进技术、降低成本并加强推广，更多用于高压电缆的PP将会得到应用。 | ||||
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| (3) | 利用反应器颗粒技术制备的功能性PP。 (3)利用反应器颗粒技术（RGT）制备的功能性PP包括高分子量极性PP、含有可逆交联键的高耐热PP以及接枝了丙烯酸/盐、丙烯酰胺或离子液体的高性能PP。利用RGT技术制备的高性能PP已实现商业化应用，例如Lyondell Basell Industries生产的Catalloy和Hivalloy。通过固相接枝制备高分子量极性PP已被证明是可行的。(4)通过固相接枝制备接枝了丙烯酸/盐、丙烯酰胺或离子液体的高性能PP，以及含有可逆交联键的高耐热PP，在文献中尚未有报道，值得深入研究。一旦实现技术突破，将显著增加PP的消费量。 | ||||
扩大丙烯的应用范围以减少其过剩也是减少PP过剩的重要方向。以下研究方向尤其值得关注：
| (1) | 通过丙烯二聚化制备4-甲基-1-戊烯。通过丙烯二聚化制备4-甲基-1-戊烯是扩展丙烯应用领域的重要研究方向。作为唯一的结晶高透明树脂，聚(4-甲基-1-戊烯)（PMP）是一种性能优异的工程塑料，密度为0.833–0.835克/立方厘米，在热塑性树脂中密度最低。它已应用于光学仪器以及医疗和电子领域，如ECMO膜肺。4-甲基-1-戊烯也是气相PE的理想共聚单体。如果在丙烯二聚化方面取得突破，大幅降低4-甲基-1-戊烯的成本，将大大增加丙烯在该领域的消费量。 | ||||
| (2) | 制备传统聚烯烃共聚物。仅使用丙烯制备传统聚烯烃共聚物（如乙烯-丙烯橡胶）也是扩展丙烯应用领域的一种可行方法。目前，科学家在链行走烯烃聚合催化剂方面取得了显著进展，使得仅使用丙烯即可制备乙烯-丙烯橡胶。 | ||||
| (3) | 开发新的丙烯和乙烯共聚物。开发新的丙烯共聚物和乙烯共聚物也有望显著增加丙烯的消费量，并由于PP和PE在某些应用领域的相互替代而提高附加值。中国科学家发明的自稳定沉淀聚合方法可以低成本制备烯烃-马来酸酐交替共聚物(5)，预计在木材粘合剂、涂料、绝缘材料、尼龙链延长剂等领域形成超过1000万吨的市场。与其它烯烃-马来酸酐交替共聚物相比，这两种共聚物在原材料成本方面具有竞争力。 | ||||
