瓶蓋專用HDPE FHP5050的開發(fā)及性能評價

譚 克，曹 放，吉豪杰，陳人才，付玉祥，劉文超

（中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧 撫順 113004）

目前，國內對瓶蓋專用高密度聚乙烯（HDPE）的年需求量為500 kt左右，且以年均12.0%～15.0%的速率增長。其中，瓶裝水瓶蓋增速最快。市場顯示，全球塑料瓶蓋需求將以年均4.1%的速率增長。2021年，全球塑料瓶蓋需求量將達到1.9萬億個，若以標準瓶蓋單重2 g計算，全球瓶蓋專用樹脂的年需求量將達到3 800 kt。

目前，國內瓶蓋專用HDPE主要以進口為主。主流牌號有三星綜合化學公司的C912A，C910C，C430A；阿布扎比石油公司和北歐化工聯合成立的博祿公司（Borouge）的MB6561，MB7581；沙特基礎工業(yè)公司的CC254；利安得巴塞爾工業(yè)公司的5331H等。由于裝置的局限性，一些國內裝置紛紛退出瓶蓋專用HDPE開發(fā)領域［1］。中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司（簡稱撫順石化公司）采用低壓淤漿法工藝開發(fā)了瓶蓋專用HDPE FHP5050，成為目前國內產量大、質量優(yōu)的瓶蓋專用HDPE供應商，車間已經成功排產10萬余噸。截至目前，撫順石化公司瓶蓋專用HDPE已通過法國達能集團、農夫山泉股份有限公司、杭州娃哈哈有限公司、康師傅有限公司等廠家測試，成為國內首家食品級瓶蓋專用HDPE供貨商。FHP5050的開發(fā)改善了公司聚烯烴產品結構，豐富了產品多樣性，增強了企業(yè)競爭力［1-4］。本工作通過對FHP5050進行性能評價，分析與國外產品性能上的優(yōu)劣。

1 產品研發(fā)生產

撫順石化公司350 kt/a HDPE裝置，采用Basell公司的Hostalen低壓淤漿法生產工藝。在分散劑正己烷的環(huán)境中，乙烯、1-丁烯、氫氣在催化劑的作用下聚合，制備相對分子質量分布呈單峰或雙峰的HDPE。該工藝的乙烯轉化率高達99.5%。1-丁烯和正己烷回收后循環(huán)使用，使共聚單體和分散劑正己烷的損失量很小。

撫順石化公司HDPE裝置利用反應器并聯方法對瓶蓋專用HDPE FHP5050進行了試生產，通過前期研究、裝置工藝特點、聚合反應器內熔體流動速率（MFR）和V（H2）∶V（C2H2）的關系，以及MFR與催化劑濃度的關系，根據MFR、密度、共聚單體的關系以及相對分子質量分布的要求［5］，成功試生產該牌號產品，并總結出生產操作條件。

HDPE裝置工藝特點在生產瓶蓋專用HDPE的氣味控制方面尤為顯著，采用獨特的三級分離脫除揮發(fā)分的工藝技術，對產品進行離心機初步分離、流化床二級干燥、脫氣倉深度處理，極大降低了產品的揮發(fā)分含量。其中，最重要的設備是兩段內熱式流化床干燥器，將含濕量由35%（φ）降至1%（φ），具有能耗低、操作穩(wěn)定方便等特點，投入運行以來總體運行穩(wěn)定，高效地降低了樹脂中的揮發(fā)分含量，保證了聚乙烯粉料中烴類物質的低殘留［6］。

2 產品性能評價

進口瓶蓋專用HDPE作為對標料。通過對產品的MFR、密度、力學性能、氣味檢測等進行測試，完成基本物性及結構測試分析，找出FHP5050與進口HDPE異同，進一步優(yōu)化配方，完善瓶蓋專用HDPE FHP5050技術指標。

2.1 實驗儀器

主要實驗儀器見表1。

表1 實驗儀器Tab.1 Experimental instruments

2.2 基本物性指標

從表2可以看出：FHP5050均在技術指標范圍內，與進口HDPE相比，各項物性指標比較相近。

表2 試樣的物性測試結果Tab.2 Physical properties of FHP5050

2.3 相對分子質量分布

從表3和圖1可以看出：FHP5050與進口HDPE的相對分子質量分布基本一致，高相對分子質量部分較為接近。

表3 相對分子質量分布對比數據Tab.3 Comparison data of molecular mass distribution

圖1 FHP5050與進口HDPE的相對分子質量分布Fig.1 Relative molecular mass distribuction of FHP5050 and imported HDPE

2.4 流變性能測試

從圖2可以看出：FHP5050曲線低頻末端區(qū)上揚趨勢略低于進口HDPE，但趨勢基本一致，表明FHP5050的高相對分子質量與進口HDPE接近。

圖2 復數黏度與頻率的關系曲線Fig.2 Frequency as a function of complex viscosity

從圖3可以看出：FHP5050的儲能模量與進口HDPE相當，說明二者熔體彈性性能比較接近。

圖3 儲能模量與頻率的關系曲線Fig.3 Frequency as a function of storage modulus

2.5 結晶性能

從圖4可以看出：FHP5050的熔融溫度為137.02 ℃，略低于進口HDPE的138.44 ℃，但差別不明顯。在相同工藝條件下，FHP5050的結晶速率與進口HDPE基本一致。

圖4 試樣的差示掃描量熱法曲線Fig.4 DSC curves of samples

2.6 氣味檢測

目前，在瓶蓋專用HDPE氣味評價測試方面，并沒有國標方法。通過前期文獻查詢、市場調研、收集國內外市場同類產品并進行分析測試，明確關鍵技術指標，最終建立了氣味評價方法。其中，測試評價標準分為無異味、稍有氣味、有味道（但不刺激）、有刺激性氣味、強烈的刺激性氣味、無法忍受的刺激性氣味6個等級。FHP5050在氣味測試方面與進口HDPE一致，均無任何異味，可以滿足客戶對于產品感官的加工需求。

2.7 衛(wèi)生性能檢測

從表4看出：FHP5050衛(wèi)生性能符合國家標準。

表4 衛(wèi)生性能測試結果Tab.4 Test results of hygienic performance

3 結論

a）HDPE裝置采用反應器并聯方式，通過不斷優(yōu)化工藝條件成功量產出瓶蓋專用HDPE FHP5050。

b）通過與進口HDPE對比，FHP5050的力學性能完全在指標范圍內，相對分子質量及其分布與進口HDPE基本一致，熔體彈性性能比較接近。

c）FHP5050的結晶性能與進口HDPE基本一致，衛(wèi)生性能達到國家標準。