不同工藝技術(shù)在聚丙烯的生產(chǎn)及應用

曹秀偉

引言：綜述了近年來國內(nèi)外聚丙烯生產(chǎn)的工藝技術(shù)，包括Spheripol二代工藝、Spherizone工藝和Borstar生產(chǎn)工藝等。介紹了聚丙烯產(chǎn)品的應用領域，并針對國內(nèi)聚丙烯技術(shù)方面存在的差距提出了發(fā)展建議。

聚丙烯（簡稱PP）作為五大通用塑料之一，是一種無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它具有較高的耐沖擊性，機械性質(zhì)強韌，抗多種有機溶劑和酸堿腐蝕，在工業(yè)界有廣泛的應用，是一種常見的高分子材料。由于其優(yōu)良的性能、工藝簡單而且價廉，它的應用領域十分廣泛，因而近年來發(fā)展勢頭一直呈上升趨勢。本文特將其生產(chǎn)工藝和應用做一綜述。

一、聚丙烯的生產(chǎn)工藝

目前聚丙烯的生產(chǎn)工藝主要有淤漿法、液相本體法和氣相法工藝。自上世紀90年代以來，隨著聚丙烯工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，淤漿法已被淘汰。全球PP生產(chǎn)工藝中，Basell公司的Spherizone環(huán)管氣相工藝占主導地位，產(chǎn)量約占全球PP總量的50%；其次是Dow Chemical公司的Unipol氣相工藝、BP公司的Innovene氣相工藝、NTH公司的Novolen氣相工藝、三井石化公司的Hypol釜式本體工藝、Borealis公司的Borstar環(huán)管/氣相工藝等。液相和氣相工藝正在世界范圍內(nèi)得到普及。

1.1 Spheripol二代工藝

Basell公司的Spheripol二代工藝采用第四代催化劑體系，通過應用雙環(huán)管結(jié)構(gòu)的聚合反應器，可生產(chǎn)一些新牌號的產(chǎn)品。預聚合和聚合反應器的設計壓力等級提高，使新牌號的性能更好，老牌號的產(chǎn)品性能得以改進，也更利于對形態(tài)、等規(guī)度和分子量的控制。Spheripol二代工藝特點為：

（1）使用第四代催化劑系統(tǒng)，可生產(chǎn)雙峰聚丙烯和高剛性、高結(jié)晶性、高凈度的產(chǎn)品。（2）預聚合和聚合反應的壓力等級提高，可以使環(huán)管反應器中的氫氣含量增高，擴大了MFR的范圍，增加了產(chǎn)品的強度，改善產(chǎn)品的性能。（3）以雙環(huán)管反應器構(gòu)型為基礎，可以生產(chǎn)寬分子量分布的“雙峰”產(chǎn)品，也可以生產(chǎn)窄分子量分布的產(chǎn)品，利用環(huán)管反應器和液相本體聚合，可使傳熱控制得更好，反應均勻。如果將來發(fā)展使用茂金屬催化劑，不需要對現(xiàn)有裝置做重大的改造。（4）停留時間減少，更好地利用了反應體積。（5）改進了聚合物的高壓和低壓脫氣、汽蒸、干燥系統(tǒng)和事故排放單元；提高了效率和操作靈活性。

1.2 Spherizone工藝

Spherizone工藝是Basell公司創(chuàng)新開發(fā)的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)，它是一種以氣相、非茂金屬催化劑來生產(chǎn)聚丙烯的工藝，其特點是在一個多區(qū)循環(huán)反應釜中就可制備雙峰聚丙烯樹脂。該反應釜有兩個反應區(qū)，它們分別具有不同的工藝條件，即不同的反應溫度、氫氣和單體濃度，隨著逐漸增大的聚丙烯粒子在這兩個反應區(qū)的重復循環(huán)，使聚合物相間的均勻性不斷增加。同Basell傳統(tǒng)的聚丙烯生產(chǎn)工藝相比，Spherizone工藝生產(chǎn)的聚丙烯具有更寬的相對分子質(zhì)量分布和良好的性能。Spheripol工藝與Spherizone投資和運行成本相似，而后者對操作條件和氣體組分沒有限制。

1.3 Borstar生產(chǎn)工藝

Borealis公司（北歐化工）的Borstar工藝源于北星雙峰聚乙烯生產(chǎn)工藝，采用雙反應器即環(huán)管反應器串聯(lián)氣相反應器生產(chǎn)均聚物和無規(guī)共聚物，再串聯(lián)一臺或兩臺氣相反應器則可生產(chǎn)抗沖共聚物產(chǎn)品。傳統(tǒng)的聚丙烯工藝在丙烯的臨界點以下進行聚合反應，為防止輕組分（如氫氣、乙烯）和惰性組分生成氣泡，聚合溫度控制在7O℃～8O℃。Borstar聚丙烯工藝的環(huán)管反應器則可在高溫或超過丙烯超臨界點的條件下操作，聚合溫度和壓力都很高，能夠防止氣泡的形成。其主要特點為：（1）采用更高活性的MgC12載體催化劑。（2）采用環(huán)管反應器和氣相流化床反應器組合工藝路線，可以靈活地控制產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量分布、等規(guī)指數(shù)和共聚單體含量。（3）由于環(huán)管反應器在超臨界條件下操作，可以加入的氫氣濃度幾乎沒有限制，氣相反應器也適宜高氫氣濃度的操作。（4）能夠生產(chǎn)分子量分布很窄的單峰產(chǎn)品，也能生產(chǎn)分子量分布寬的雙峰產(chǎn)品；（5）由于聚合溫度較高，生產(chǎn)的聚合物有更高的結(jié)晶度和等規(guī)指數(shù)，二甲苯可溶物很低，約為l%。（6）由于反應條件在臨界點之上，只有很少的聚合物溶解于丙烯中，減少了無規(guī)共聚物含量高時出現(xiàn)的粘釜現(xiàn)象，共聚物中共聚單體的分布非常均勻，無規(guī)共聚物中的乙烯含量最高可以達到10%。

聚丙烯的應用進展

2.1 薄膜用料

我國雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是PP樹脂消費量最大的領域之一。聚丙烯薄膜主要包括BOPP薄膜、CPP薄膜及其它包裝膜（OPP）。BOPP薄膜是一種結(jié)晶型聚合物產(chǎn)品，在各種塑料薄膜中屬于高檔膜，且價格適中。從環(huán)保角度考慮，因其污染小，有利于森林資源的保護，在許多場合已取代了傳統(tǒng)包裝。BOPP薄膜所用的專用樹脂多為PP均聚物產(chǎn)品，符合國際食品衛(wèi)生標準。

2.2 汽車用改性聚丙烯

汽車工業(yè)的發(fā)展離不開汽車塑料化的進程，PP用于汽車工業(yè)具有較強的競爭力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強度較差，因此不能直接用作汽車配件，轎車中使用的均為改性PP產(chǎn)品，其耐熱性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受高溫750～1000h后不老化，不龜裂。

2.3 洗衣機內(nèi)桶專用料

洗衣機生產(chǎn)是家電產(chǎn)品中PP用量較集中的行業(yè)之一，洗衣機的內(nèi)桶、蓋板、底座、渦輪均由PP制得。目前國產(chǎn)洗衣機內(nèi)桶專用料在數(shù)量和質(zhì)量上都無法滿足國內(nèi)市場的需求，原料基本上全部依賴進口。尤其是洗衣機內(nèi)桶料屬于嵌段共聚料，生產(chǎn)難度大。這類專用樹脂要求沖擊強度高、表面抗劃性能和熔體流動性好的多相共聚產(chǎn)品。一般可由共聚反應獲得，也可在反應擠出機組內(nèi)加優(yōu)良改性劑改性制得。這種樹脂成型收縮率調(diào)節(jié)范圍寬，可在ABS或HIPS使用的模具上注塑成型而無需更換模具，制品表面能制成消光、珠光或直接噴涂，因此也可用于制作家電和電器電子的殼體。

2.4 管材用聚丙烯

早期，PP管材主要用作農(nóng)用輸水管，但是由于早期產(chǎn)品性能還存在一些問題，市場未能打開。隨著上海塑料建材廠首家引進國外先進技術(shù)，采用進口PP-R料生產(chǎn)的輸送冷、熱水用的管材得到市場認可后，目前已有不少廠家建設PP-R管材生產(chǎn)線，價格也不斷回落，但PP-R管材在塑料管材市場上的占有率仍然很低。據(jù)反映，目前國產(chǎn)PP-R料與進口料比較還有一定差距，質(zhì)量有待改進和提高。

三、發(fā)展前景

世界各大公司為了提高聚丙烯產(chǎn)品在市場中的競爭力，都在致力于新生產(chǎn)工藝、新型催化劑和新產(chǎn)品的研究開發(fā)。我國目前聚丙烯工業(yè)的技術(shù)水平及生產(chǎn)能力與國外相比還存在一定差距，因此，多開發(fā)新產(chǎn)品，尤其是特殊性能牌號產(chǎn)品的研發(fā)，從而彌補國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)的不足，以促進塑料和樹脂行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻

[1]吳長江.聚丙烯技術(shù)新進展[J].石油化工，2006.

（作者單位：河北潔源安評環(huán)保咨詢有限公司）