بوليمرات الميتالوسين مقابل البوليمرات التقليدية: من التصميم الجزيئي إلى الثورة الصناعية

تعتمد البولي أوليفينات التقليدية على محفزات زيجيلر-ناتا، التي تؤدي مراكزها النشطة المتعددة إلى توزيع واسع لوزن الجزيئات (PDI=5-10) وصعوبة التحكم في تفرع سلسلة الجزيئات. على سبيل المثال، تعتمد الإيزوتاكتية للبولي بروبيلين التقليدي على مانحات الإلكترون الخارجية، مما يجعل من الصعب تحقيق توازن بين مقاومة الصدمات والصلابة. بالمقابل، تتيح محفزات الميتالوسين (مثل الميتالوسينات القائمة على الزركونيوم) تنظيمًا على النانو لهياكل سلسلة الجزيئات عبر مراكز نشطة فردية، مما يتميز بتوزيع ضيق لوزن الجزيئات (PDI≈2) وإدخال موحد لمونومرات البوليمر المشترك. خذ بولي إيثيلين الميتالوسين (mPE) كمثال: يمكن التحكم بدقة في كثافة توزيع α-أوليفينات (مثل 1-هكسين) في سلاسل جزيئاته عند 1.5-3.5 مول%، مما يوازن بين قوة الشد للفيلم ومرونته.

تتبنى البولي أوليفينات التقليدية في الغالب طرق السلا slurry أو الغازية مع تعديل محدود في معلمات العملية. على سبيل المثال، في إنتاج LLDPE التقليدي، يمكن تعديل معدل إدخال الكومونومر 1-بيوتين بشكل تقريبي فقط من خلال الضغط ودرجة الحرارة. ومع ذلك، فإن البولي أوليفينات الميتالوسين تبتكر حلولًا دقيقة لبلمرة المحلول والغاز:

تتميز أفلام البولي أوليفين التقليدية (مثل LDPE) بوجود نفاذية ضوئية تبلغ 85% فقط ومقاومة غير كافية للثقب، مما يجعلها غير قادرة على تلبية احتياجات التعبئة والتغليف الغذائية عالية الجودة. يعتبر بولي إيثيلين الميتالوسين (mPE)، الذي يتمتع بنفاذية ضوئية تبلغ 95% وقوة شد تبلغ 35 ميغاباسكال، المادة المفضلة لصناديق المنتجات الطازجة المستوردة والأكياس القابلة للوقوف. في أكياس التعبئة الثقيلة، يمكن أن يقلل mPE من السماكة بنسبة 20%-30% مع الحفاظ على مقاومة الرطوبة وخصائص مقاومة الشيخوخة، مما يزيد من عدد الأكياس المنتجة لكل طن من المواد الخام بنسبة 30%.

لا يمكن استخدام PP التقليدي في الأجهزة الطبية الدقيقة بسبب المواد القابلة للاستخراج العالية والشفافية المنخفضة. بولي بروبيلين ميتالوسين (mPP)، من خلال أنظمة المحفزات المحسّنة، يحتوي على محتوى قابل للاستخراج لا يتجاوز 20%-25% من PP التقليدي و92% من نفاذية الضوء، مما يحل محل مواد PC في زجاجات الأطفال والقسطرة الطبية. في مجال حوامل رقائق أشباه الموصلات، يحتوي درجة mPP MU4016 من يانشان للبتروكيماويات على محتوى أيوني أقل من 0.1 جزء في المليون، مما يلبي متطلبات الطباعة الحجرية EUV ويكسر الاحتكارات الأجنبية.

تتطلب الحواجز التقليدية من PP تعديلًا للتقوية لتلبية مقاومة الصدمات، بينما يحتفظ بوليمر PP المشترك مع الميتالوسين (مثل سلسلة Exact من ExxonMobil) بصلابة ممتازة عند -30℃، مما يقلل الكثافة بنسبة 5% والوزن بنسبة 15%. في خزانات الوقود للسيارات، يقلل المPE المشترك مع EVOH من نفاذية الوقود بنسبة 60% مقارنةً بـ HDPE التقليدي، مما يتوافق مع معايير انبعاثات Euro VI.

بدأت الصين في البحث والتطوير حول بولي أوليفينات الميتالوسين في التسعينيات. قدمت شركة يانشان للبتروكيماويات تقنية الطور الغازي من إكسون موبيل لإنتاج المPE في عام 2005، لكن المحفزات الأساسية كانت تعتمد على الواردات. في هذه المرحلة، كانت القدرة المحلية أقل من 100,000 طن/سنة، وكانت الاعتماد على الواردات للمنتجات عالية الجودة يتجاوز 80%.

تجاوزت مؤسسات مثل معهد بكين للبحوث في الصناعة الكيميائية تقنيات تحميل المحفزات المعدنية. حققت بتروكيماويات يانشان أول إنتاج مستمر لـ mPP في عام 2018، حيث كان الدرجة MU4016 تتمتع بنفاذية ضوئية تبلغ 92%، مما يتطابق مع منتجات ميتسوي كيميكالز. في عام 2022، أنتجت بتروكيماويات يانغزي mPP من الدرجة الطبية باستخدام محفزات تم تطويرها ذاتيًا، مما يمثل دخول الصين إلى التطبيق الصناعي للمعدنيات.

مع إدراج الميتالوسينات كاتجاه بحث رئيسي في خطة المواد الجديدة "الخمس سنوات الرابعة عشر" في الصين، توسعت القدرة المحلية بسرعة: من المتوقع أن تصل القدرة الإجمالية إلى 1.5 مليون طن/سنة بحلول عام 2025، مع مساهمة مشروع إكسون موبيل في هويتشو بمقدار 1.23 مليون طن. في الوقت نفسه، تقوم الشركات الخاصة مثل وان هوا كيميكل وهينغلي للبتروكيماويات بالتوجه نحو القطاعات عالية الجودة، وإطلاق منتجات متميزة تدريجياً مثل المPP الطبي و المPP الخاص بالطباعة ثلاثية الأبعاد.

تقوم بوليمرات الميتالوسين بإعادة تشكيل حدود أداء المواد من خلال التصميم الجزيئي، مما يدفع صناعة البوليمرات إلى الانتقال من "الاستخدام العام" إلى "التخصيص". مع تحقيق اختراقات في تقنيات المحفزات (مثل محفز SMC-PL01 من سينوبك) وتحسين عمليات الغاز، من المتوقع أن تمثل الصين أكثر من 60% من حصة سوق المحفزات المحلية بحلول عام 2028. جنبًا إلى جنب مع توطين α-أوليفينات (مثل مشروع PDH من Satellite Chemical) وترقيات تكنولوجيا معالجة الانصهار، ستتغلغل المواد الميتالوسينية بشكل أكبر في المجالات الناشئة مثل تعبئة بطاريات الطاقة الجديدة وكابلات الاتصالات 5G، مما يقود صناعة البوليمرات العالمية نحو التنمية الخضراء والعالية الجودة.