Metallocene Polyolefins vs. Conventional Polyolefins: Dari Desain Molekuler ke Revolusi Industri

Poliolefin konvensional bergantung pada katalis Ziegler-Natta, yang memiliki pusat aktif multi yang menghasilkan distribusi berat molekul yang luas (PDI=5-10) dan kontrol yang sulit atas percabangan rantai molekul. Sebagai contoh, isotaktisitas polipropilena tradisional tergantung pada donor elektron eksternal, membuatnya sulit untuk menyeimbangkan ketahanan benturan dan kekakuan. Sebaliknya, katalis metallocene (misalnya, metallocene berbasis zirconium) memungkinkan regulasi nanoscale dari struktur rantai molekul melalui pusat aktif tunggal, dengan distribusi berat molekul yang sempit (PDI≈2) dan penyisipan monomer kopolimer yang seragam. Ambil polietilena metallocene (mPE) sebagai contoh: kepadatan distribusi α-olefin (misalnya, 1-heksena) dalam rantai molekulnya dapat dikontrol secara tepat pada 1,5-3,5 mol%, menyeimbangkan kekuatan tarik film dan fleksibilitas.

Poliolefin konvensional sebagian besar menggunakan metode slurry atau fase gas dengan penyesuaian parameter proses yang terbatas. Misalnya, dalam produksi LLDPE tradisional, laju penyisipan komonomer 1-butena hanya dapat disesuaikan secara kasar melalui tekanan dan suhu. Namun, poliolefin metallocene mempelopori solusi presisi untuk polimerisasi larutan dan fase gas:

Film poliolefin konvensional (misalnya, LDPE) hanya memiliki 85% transmisi cahaya dan ketahanan tusukan yang tidak memadai, gagal memenuhi kebutuhan kemasan makanan kelas atas. Polietilena metallocene (mPE), dengan 95% transmisi cahaya dan kekuatan tarik 35 MPa, menjadi bahan pilihan untuk nampan produk segar impor dan kantong berdiri. Dalam kantong kemasan berat, mPE dapat mengurangi ketebalan sebesar 20%-30% sambil mempertahankan ketahanan kelembapan dan sifat anti-penuaan, meningkatkan jumlah kantong yang diproduksi per ton bahan mentah sebesar 30%.

PP konvensional tidak dapat digunakan dalam perangkat medis presisi karena ekstrak yang tinggi dan transparansi yang rendah. Metallocene polypropylene (mPP), melalui sistem katalis yang dioptimalkan, memiliki kandungan ekstrak hanya 20%-25% dari PP tradisional dan 92% transmisi cahaya, menggantikan bahan PC dalam botol bayi dan kateter medis. Di bidang pembawa wafer semikonduktor, grade mPP MU4016 dari Yanshan Petrochemical memiliki kandungan ion di bawah 0,1 ppm, memenuhi persyaratan litografi EUV dan memecahkan monopoli asing.

Bumper PP tradisional memerlukan modifikasi penguatan untuk memenuhi ketahanan benturan, sementara metallocene impact copolymer PP (misalnya, seri Exact dari ExxonMobil) mempertahankan ketangguhan yang sangat baik pada -30℃, mengurangi densitas sebesar 5% dan berat sebesar 15%. Dalam tangki bahan bakar otomotif, mPE yang diekstrusi bersama EVOH mengurangi permeabilitas bahan bakar sebesar 60% dibandingkan dengan HDPE tradisional, mematuhi standar emisi Euro VI.

R&D Cina tentang poliolefin metallocene dimulai pada tahun 1990-an. Yanshan Petrochemical memperkenalkan teknologi fase gas ExxonMobil untuk memproduksi mPE pada tahun 2005, tetapi katalis inti bergantung pada impor. Pada tahap ini, kapasitas domestik kurang dari 100.000 ton/tahun, dan ketergantungan impor untuk produk-produk kelas atas melebihi 80%.

Institusi seperti Beijing Research Institute of Chemical Industry 攻克 (broke through) teknologi pemuatan katalis metallocene. Yanshan Petrochemical pertama kali mencapai produksi mPP kontinu pada tahun 2018, dengan grade MU4016 memiliki 92% transmisi cahaya, cocok dengan produk Mitsui Chemicals. Pada tahun 2022, Yangzi Petrochemical memproduksi mPP kelas medis menggunakan katalis yang dikembangkan sendiri, menandai masuknya China ke dalam aplikasi industri metallocene.

Dengan metallocenes yang terdaftar sebagai arah penelitian kunci dalam rencana bahan baru "Lima Tahun ke-14" China, kapasitas domestik telah berkembang pesat: total kapasitas diperkirakan akan mencapai 1,5 juta ton/tahun pada tahun 2025, dengan proyek Huizhou ExxonMobil menyumbang 1,23 juta ton. Sementara itu, perusahaan swasta seperti Wanhua Chemical dan Hengli Petrochemical sedang berinvestasi di sektor-sektor kelas atas, secara bertahap meluncurkan produk yang berbeda seperti mPP kelas medis dan mPP khusus pencetakan 3D.

Metallocene polyolefins sedang membentuk batas kinerja material melalui desain molekuler, mendorong transisi industri poliolefin dari "tujuan umum" ke "kustomisasi". Dengan terobosan dalam teknologi katalis (misalnya, katalis SMC-PL01 dari Sinopec) dan optimasi proses fase gas, China diperkirakan akan menyumbang lebih dari 60% pangsa pasar katalis domestik pada tahun 2028. Bersama dengan lokalisasi α-olefin (misalnya, proyek PDH dari Satellite Chemical) dan peningkatan teknologi pemrosesan leleh, material metallocene akan semakin menembus bidang-bidang baru seperti kemasan baterai energi baru dan kabel komunikasi 5G, memimpin industri poliolefin global menuju pengembangan hijau dan kelas atas.