不同工藝技術在聚丙烯的生產及應用

曹秀偉

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

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，機械性質強韌，抗多種有機溶劑和酸堿腐蝕，在工業界有廣泛的應用，是一種常見的高分子材料。由于其優良的性能、工藝簡單而且價廉，它的應用領域十分廣泛，因而近年來發展勢頭一直呈上升趨勢。本文特將其生產工藝和應用做一綜述。

一、聚丙烯的生產工藝

目前聚丙烯的生產工藝主要有淤漿法、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的不斷發展，淤漿法已被淘汰。全球PP生產工藝中，Basell公司的Spherizone環管氣相工藝占主導地位，產量約占全球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環管/氣相工藝等。液相和氣相工藝正在世界范圍內得到普及。

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，通過應用雙環管結構的聚合反應器，可生產一些新牌號的產品。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，老牌號的產品性能得以改進，也更利于對形態、等規度和分子量的控制。Spheripol二代工藝特點為：

（1）使用第四代催化劑系統，可生產雙峰聚丙烯和高剛性、高結晶性、高凈度的產品。（2）預聚合和聚合反應的壓力等級提高，可以使環管反應器中的氫氣含量增高，擴大了MFR的范圍，增加了產品的強度，改善產品的性能。（3）以雙環管反應器構型為基礎，可以生產寬分子量分布的“雙峰”產品，也可以生產窄分子量分布的產品，利用環管反應器和液相本體聚合，可使傳熱控制得更好，反應均勻。如果將來發展使用茂金屬催化劑，不需要對現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公司創新開發的聚丙烯生產技術，它是一種以氣相、非茂金屬催化劑來生產聚丙烯的工藝，其特點是在一個多區循環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，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的重復循環，使聚合物相間的均勻性不斷增加。同Basell傳統的聚丙烯生產工藝相比，Spherizone工藝生產的聚丙烯具有更寬的相對分子質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生產工藝

Borealis公司（北歐化工）的Borstar工藝源于北星雙峰聚乙烯生產工藝，采用雙反應器即環管反應器串聯氣相反應器生產均聚物和無規共聚物，再串聯一臺或兩臺氣相反應器則可生產抗沖共聚物產品。傳統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，可以靈活地控制產品的相對分子質量分布、等規指數和共聚單體含量。（3）由于環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）能夠生產分子量分布很窄的單峰產品，也能生產分子量分布寬的雙峰產品；（5）由于聚合溫度較高，生產的聚合物有更高的結晶度和等規指數，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，減少了無規共聚物含量高時出現的粘釜現象，共聚物中共聚單體的分布非常均勻，無規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薄膜是一種結晶型聚合物產品，在各種塑料薄膜中屬于高檔膜，且價格適中。從環保角度考慮，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包裝。BOPP薄膜所用的專用樹脂多為PP均聚物產品，符合國際食品衛生標準。

2.2 汽車用改性聚丙烯

汽車工業的發展離不開汽車塑料化的進程，PP用于汽車工業具有較強的競爭力，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 洗衣機內桶專用料

洗衣機生產是家電產品中PP用量較集中的行業之一，洗衣機的內桶、蓋板、底座、渦輪均由PP制得。目前國產洗衣機內桶專用料在數量和質量上都無法滿足國內市場的需求，原料基本上全部依賴進口。尤其是洗衣機內桶料屬于嵌段共聚料，生產難度大。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品。一般可由共聚反應獲得，也可在反應擠出機組內加優良改性劑改性制得。這種樹脂成型收縮率調節范圍寬，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管材主要用作農用輸水管，但是由于早期產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，采用進口PP-R料生產的輸送冷、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。據反映，目前國產PP-R料與進口料比較還有一定差距，質量有待改進和提高。

三、發展前景

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

參考文獻

[1]吳長江.聚丙烯技術新進展[J].石油化工，2006.

（作者單位：河北潔源安評環保咨詢有限公司）