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何為聚烯烴?
按照專業表述,聚烯烴通常指由包括乙烯、α-烯烴以及環烯烴等在內的烯烴單體單獨聚合或共聚合而得到的一類熱塑性樹脂的總稱,是一類在現代塑料工業中占據重要地位的高分子化合物。
在現實世界里,聚烯烴是全球范圍內最常見和消費量最大的塑料品種,約占全球塑料一半,具有出色的物理性質和廣泛的應用領域,生產生活中目之所見處處都有聚烯烴產品的影子。
經過近百年歷程,聚烯烴的科研、工業化已趨于成熟,剩下的“硬骨頭”——高端聚烯烴成為各國企業競相研發的對象。作為中央骨干能源企業的直屬研發機構,國家能源集團北京低碳清潔能源研究院(簡稱“低碳院”)深耕現代煤化工領域,推動煤化工“高端化、多元化、低碳化”發展,烯烴聚合就是其中之一。
身為低碳院煤基化學品技術研究中心高級工程師,有著十多年相關領域經驗的俞越對此有著清醒的認識:“針對‘雙碳戰略目標,聚烯烴是煤化工高端化和多元化的重要抓手,是現代煤化工高質量發展的重要保障,在現代煤化工的低碳化轉型過程中也起到重要作用。當代青年科技工作者必然要基于國家的需求來發展自身的事業,勇于承擔社會賦予的重任。”
2019年,低碳院按照世界一流標準著手組建煤基烯烴聚合技術研發團隊。次年,俞越從法國回國,成為團隊組建后加入的第一位外部成員。“第一次來到低碳院,我就感受到這里重視科研、重視青年的氛圍,令人耳目一新。”
當時34歲的俞越,同時接受了催化劑研發和聚烯烴表征分析兩大平臺的具體建設工作。這兩大平臺和聚合評價平臺,共同組成了烯烴聚合研發平臺三個板塊。烯烴聚合與聚烯烴是俞越十多年來一直從事的研究領域,“能夠在國家能源集團這個大平臺協同業界知名專家和各位前輩,一起建設具有世界先進水平的烯烴聚合技術研發平臺,我感到非常幸運。”俞越說。
燃情歲月就此展開新的篇章,但擺在眼前的現實是——當時團隊成員較少,一切從零起步。俞越深知工作的緊迫性,集團公司進行高端煤化工制造已經有十幾年時間,但尚未建立研發平臺。工藝、裝置可以買到,但真正有競爭力的產品、關鍵技術,必須要靠自己做。
從熟悉采購流程系統開始,俞越迅速開啟了作為核心骨干成員參與建設國內煤化工行業最先進、最完備的烯烴聚合技術研發平臺之路。此后三年,在俞越的記憶中“每天都很飽滿”,一件件試驗設備陸續從各地匯聚于此,安裝調試。隨著空蕩蕩的房間慢慢被大大小小的器材填滿,俞越也完成了從單純學術研究到企業研究院所科技工作者的轉變。“更明白了央企直屬研究院的責任,適應了新的研究環境,相當于完成了一個全面的入職培訓。”
聚烯烴試驗流程是需要有足夠人手的超長鏈條,“從催化劑到聚合,再到表征分析,一是對分子結構的表征分析,二是對材料性能或者聚集態結構的表征分析,這幾部分合在一起,才組成完整的實驗室鏈條,”俞越說,完成這個鏈條至少需要二三十人,但人,始終是這個團隊最緊缺的。“所有人干所有事”是俞越和同事們對工作狀態的玩笑式表達,也是他們不打折扣、拼盡全力攻關創新的真實寫照。

烯烴聚合,擁有萬千變化。這是烯烴聚合的迷人之處,卻也讓研究者應接不暇。試驗中,哪怕只是一個環節處理上的細微不同,都可能得到完全不一樣的結果。僅以催化劑為例,催化劑是很多聚烯烴技術的核心部分,“也許只需要一克催化劑,就能做出幾十乃至上百公斤產品”,但是,得到催化劑的過程相當考驗人的耐心。俞越說,聚烯烴催化劑發展至今,已有很多是復雜的金屬有機化合物,可能經過幾十個步驟才能得到。這些耗費人力、時間,好不容易獲得的催化劑,最終決定了聚烯烴的分子結構和材料性能。
而且,催化劑的設計、合成與評價,非常考驗人的專業判斷力和經驗。“一些細微的官能團或者制備參數的改變都有可能帶來催化劑性能的巨大改變。”四年來,雖然要帶領團隊,但俞越始終守在試驗臺前,在一次次試驗中,努力合成高性能的催化劑,如今他已有所得,正在趕往最終目標的路上,“有了最合適的催化劑,后續很多問題將迎刃而解。”
入職四年來,俞越也越發感受到低碳院對科技研發的高度重視。“低碳院各部門分為幾類,大家稱為前臺、中臺和后臺。院里‘前臺科研人員占比90%,‘中臺保障部門和‘后臺行政部門也都一人多職,全院上下合力保障‘前臺科研部門的運轉。”俞越說,很多次,他深夜從辦公樓出來,看到行政部門的同事也剛剛下班。
采訪時,站在低碳院大樓二層研發平臺外,俞越指著一組組、一架架試驗設備,回憶來時路,林林總總,如數家珍。他不多提個中艱辛,總是笑著講起那些令人欣喜的變化。而今,這里擁有從催化劑到聚烯烴產品全鏈條研發能力的研發平臺,有著目前國內煤化工企業少有的研發設施。
聚烯烴誕生于20世紀30年代,近百年來多次成為熱門領域,世界多國的多個團隊先后進行了烯烴聚合研發。1963年,德國化學家齊格勒與意大利化學家納塔因為聚合反應催化劑研究方面的貢獻,共同獲得諾貝爾化學獎。幾十年來,聚烯烴領域從催化劑設計、聚合方法探索、聚合裝置和工藝開發、材料加工改性,到制品成型與服役行為等諸方面,引領了高分子材料研究開發的新范式,成為石油化工、煤化工和天然氣化工等領域下游的支柱產品。如今,繼續深耕這一工業化近百年的領域,俞越認為,相關研究工作必須圍繞工業實踐開展,必須是接地氣的。“因此,從加入團隊初期一直到現在,我始終不變的期望,就是將所學知識轉化為實在的社會生產力。”
剛到低碳院不久,在一次拜訪產業公司時,俞越聽到了企業對采用管式工藝開發高壓低密度聚乙烯涂覆料的需求。“他們希望開發的低密度聚乙烯涂覆料,不但國內少見,世界范圍內都不太好找。而且用管式化生產,挑戰比較大。但企業希望我們能夠協助他們進行樣品表征分析,為他們工藝調整提供決策依據。”
工藝本身帶來的挑戰,讓俞越作為技術服務方也像走鋼絲一般充滿風險。他們根據企業提供的樣品,總結出了工藝參數調整的規律,最終幫助企業成功生產出產品。
聚焦煤化工高端化、多元化、低碳化,力求突破與石油化工差異化發展的煤制高端化學品技術,近年來,俞越依托研發平臺為國家能源集團多個子分公司提供了多項技術服務,主持或牽頭了POE、mPAO等技術研發,開展了反應器內高剛高韌透明聚丙烯等原創技術研發。
俞越說,團隊目前主要面臨三大任務:一是為產業公司提供技術服務,協助其解決生產中遇到的問題,為現有產品提質增效;二是面向產業未來發展,研發前瞻性的原創技術;三是針對困擾行業許久的艱深問題,研究其中的科學原理,以期帶來新的技術突破。“瞄準的可能是國家能源集團十幾年后的一些需求,甚至是針對行業內比較艱深的一些科學問題開展研究。”對此,俞越滿懷信心。
“85后”俞越,中學時就對化學充滿興趣。“我是一個好奇的人,化學反應的機理令我著迷。”在浙江大學讀碩士研究生期間,一次參加學術會議時,俞越邂逅了意大利那不勒斯費德里克二世大學Vincenzo Busico教授,“他在臺上做主旨演講后,我問了幾個問題。”俞越形容那時的自己,帶著無知者無畏的精神,與Busico教授取得了聯系,并提出前往攻讀博士學位的想法。
在這座具有800年歷史的意大利第一座國立大學中,俞越是少有的來自中國的學生。他的出現,讓導師Busico教授和很多老師、同學,認識了當下的中國,了解了這個快速發展、熱情好客的國度。“Busico教授此前從來沒有來過中國,后來他每年都要來中國參加學術交流。”
那不勒斯費德里克二世大學深厚悠遠的歷史底蘊和扎實嚴謹的學術風氣,也深深影響了年輕的俞越。“Busico教授治學極度嚴謹認真,他寫的很多論文,我們都認為很完備了,但他還覺得邏輯有值得推敲之處,因此堅決不發表。”三年博士生涯中,導師的科研態度和科研方法論,在俞越身上產生了深深的印記。“他研究范式的形成,也對我有很大影響。聚烯烴長期以來都是一個接地氣的研究領域,但是仍然存在著非常多的科學問題,這些科學問題往往又聯系著一些具體的技術問題,這就要求我們從實際的工業技術問題出發,經過多次翻譯轉化,經過細致的研究,解決問題。這個過程往往同時也會產生高質量的學術工作,這樣的科研范式尤其適用于企業研究院,也是我一直遵循的。”
Busico教授在學術方面發展并推進了Corradini教授的理論體系,成為在歐洲聚烯烴界享有很大號召力的學者,這種影響力跨越了學術界和工業界的邊界。這樣的治學理念、工作模式給了俞越很多啟發,如今回到國內,同樣在工作中連接企業需求和科技創新的他,也正在將這樣的理念帶入實際工作中。
俞越曾遇到一件看似普通,卻讓他備受觸動的事。在聚烯烴產品里,有一個指標熔融指數,用于衡量塑料融化后的流動速度。其實在學術界,熔融指數并不被重視,大家認為這無非就是分子量的問題。然而在企業界,高熔指產品卻是大家爭相追求的。“因為熔融指數高,意味著熔體流動快,意味著加工制品效率高、產量高,企業盈利也就相應提高。”
對接企業時,俞越發現幾乎每個企業都有這樣的“執念”,但真正回到實驗室解決這個問題,并不容易。他聯想到自己的博士課題,一個很基礎的研究——丙烯聚合時的分子朝向問題,恰好與熔融指數能夠關聯。“當初純粹的學術研究課題,瞬間有了實際應用的意義。”俞越由此感受到,很多科學探究背后,蘊藏著很多實際的工業問題。
讓科技創新由生產中來,到基礎科學研究中去,再將成果運用于實際生產。這樣螺旋上升式的發展,賦予了科技創新更令人期待的內涵,也讓俞越在科研與生產的交互實踐中,更理解了一名企業研究院所科技工作者肩負的責任和使命。
在低碳院的綜合大廳里,有一瓶裝滿晶瑩剔透小顆粒的瓶子。這些綠豆大小、燈光下閃著柔和光澤的小顆粒,就是聚烯烴。它對面的催化劑展示區,則擺放了一排圓柱形封口玻璃瓶,里面是顏色各異、原料不同的催化劑。俞越小心翼翼地拿起一瓶肉粉色粉末,介紹道:“這是我制作的茂金屬催化劑。這種催化劑怕氧氣、怕水,我特意用很厚很厚的蠟做了封口,就為了能展示時間更久些,但是因為沒有在手套箱里低溫保存,它仍然會褪色。這些粉末看著不起眼,在實際生產中作用很大。”熱愛、自豪,開心、珍惜……對聚烯烴行業的感情,這一刻都寫在了臉上。
俞越說,對于煤化工行業而言,新質生產力是一個尤為重要的主題。“聚烯烴是一個研發鏈條較長、環節較多、專業較為龐雜的行業,它的發展是體現新質生產力很好的一個例子,聚烯烴技術基于創新性的分子科學原理,研發全新屬性的聚合物材料,為現代社會提供先進的物質基礎,是先進生產力質態的典型體現。作為低碳清潔能源行業的從業者,我將通過崗位建功做實創新引領發展,不斷提高科技成果轉化和產業化水平,為推進行業高質量發展貢獻智慧和力量。”
責任編輯 趙漢琪