超高分子量聚乙烯研發概述

姜雪楓（大慶石化公司,黑龍江 大慶 163714）

超高分子量聚乙烯研發概述

姜雪楓
（大慶石化公司,黑龍江 大慶 163714）

本文論述超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的催化劑體系及聚合工藝，從應用領域對我國超高分子量聚乙烯行業發展現狀進行分析，綜述超高分子量聚乙烯的研發狀況。我國在引進國外先進技術和經驗的同時，應同時加大對適合加工產品所需的技術及設備，以及相關催化劑研發工作。

聚乙烯；超高分子量；催化劑；聚合工藝

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種新型的熱塑型工程塑料，ASTMD4020和ISO11542定義的超高分子量聚乙烯平均分子量分別為大于310萬和100萬。高分子量使其具有優良的性能，其耐沖擊、耐磨、吸收沖擊能、衛生無毒、密度較小、自潤滑、不易粘附等綜合性能為普通聚乙烯和其它工程塑料所不可比。可廣泛應用于紡織、建筑、交通、國防等諸多領域。

1 催化劑及聚合工藝

1.1 催化劑

目前超高分子量聚乙烯聚合用催化劑主要包括傳統Z-N催化劑、茂金屬催化劑、非茂金屬催化劑等。

（1）Z-N催化劑。Z-N催化劑是超高分子量聚乙烯生產最主要的催化劑之一。三井株式會社通過間歇淤漿聚合方法制取的催化劑，其堆積密度達到0.30g/cm3之高。R.Jamjah等發現，運用傳統Z-N催化劑，隨著Al/Ti摩爾比的增加，所得產品粉末的相對分子質量是不斷降低的。R.L.Jones Jr等人通過氣相聚合，在反應釜聚合得到相對分子量高達5.6×106，而且顆粒均勻的粉末。

（2）茂金屬催化劑。該催化劑的高活性、單一活性中心的特點，使其能有效控制共聚物分子結構，使乙烯與位阻較大烯烴的共聚得以實現。Dow公司的方法是，采取強Lewis酸化合物處理，首先得到高效陽離子催化劑，再用該劑生產，解決了窄分子量分布和產品加工性能之間的矛盾。日本三菱公司則聯合Exxon公司，通過氣相工藝制取了Exxpol茂金屬催化劑，有40余個牌號。

（3）非茂金屬催化劑。近年，非茂金屬催化劑研發亦十分活躍，對這類催化劑制取產品進行分析，結果表明所制取的聚烯烴表現出優良的性能。Equistar公司已經開發了能生產窄分子量分布和組成范圍的非茂金屬催化劑。用此催化劑生產出的產品的透明度較高、抗沖擊性能優良，而且加工容易。另外該類催化劑具有合成產率較高、成本降低、相對簡單等優點，已發展為聚合催化劑的新關注點，超高分子量聚乙烯工業定然與這幾種催化劑共同發展。

1.2 聚合工藝

超高分子量聚乙烯的聚合工藝只有兩種：氣相工藝與淤漿工藝。因為流化床操作存在堵塞和熱點和催化劑的研發問題，該操作很不易于控制，所以氣相法生產工藝目前還不能系統的應用在工業生產中；淤漿工藝主要分為環管工藝和攪拌釜工藝，超高分子量聚乙烯中約有三分之二是采用連續攪拌釜聚合工藝。

2 應用領域

2.1 用于內襯材質

優異的抗沖擊性能、耐磨性能、不黏附性、自潤滑性、衛生無毒等特點，使得超高分子量聚乙烯可被廣泛應用為各種內襯材質。如用于斗式提升機的進料口和出料口的接料擋板及內襯板，以降低物料的破碎，并降低機筒磨損；用于刮板輸送機的塑料托輪、耐磨導軌條，還可以作為刮板及機殼耐磨襯板，設備綜合性能得以提高；用于煤倉內壁襯板，煤倉壁磨損快和堵料的問題很容易便得以解決；另外，還可以用于汽車蓄電池隔板。

2.2 管道材質

該材料不僅具有優秀的自潤滑性、耐腐蝕性、耐磨性、無毒性等優點，還兼具內壓強度高、耐低溫、不結垢、耐沖擊、輕便、噪聲小等優點于一身，從而氣體、液體以及固體物質，均可以通過該材料管道來輸送。輸送氣體涵蓋天然氣、煤氣、燃氣等，可輸送液體也涵蓋相當廣泛，如農藥、海水、石油、油脂、水煤漿等均可輸送，可輸送的固體含礦粉、糧食、粉煤灰等多種多樣，還可輸送玻璃、化纖、建材等。

2.3 高性能型材

為降低產品的成本，提高產品的使用和安全性能，可以使用該材料加工各式各樣的齒輪、軸套、軸瓦、滾輪等，而且，其應用還不止于此，例如在紡織行業中打梭棒、連接器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套等，幾乎所有部件都可使用此材料，另外可用做擺動后梁齒輪、凸輪、彈棉機、皮結、軸承襯瓦、皮結蓋板、緩沖器擋板、滾輪，來承受相當可觀的力量。

2.4 用于安保方面

國防、航天航空等方面也可大量使用超高分子量聚乙烯，用作頭盔、防彈衣、輕型車輛、甚至用于坦克裝甲以及纜繩等領域，其上佳的耐沖擊、耐磨性足以抵御炸彈。

2.5 薄膜板材

1mm以下厚度的材質，令人難以想象，被用來做煤倉底墊，這種薄膜板材具有非常穩定的化學性質，用于接觸腐蝕性溶液和溶劑的環境完全勝任，這當然得益于其集抗腐蝕性、耐溶劑、耐磨損性、耐離子聚積性和耐沖擊性于一身的特點。另外，也完全可以用作食品藥品包裝。

2.6 用于醫學臨床

隨著醫學的不斷發展，對人工髖關節的髖臼、人工膝關節的襯墊，以及血液泵、組織支架等提出更高要求，在不斷篩選各種材質之后，醫學界將目光投向了具有優良的生物相容性的超高分子量聚乙烯。目前，醫學臨床應用已取得很大成功，例如人工髖關節髖臼部件，保證金屬或陶瓷材質股骨頭的往復、旋轉有充分活動空間；用作人工膝關節襯墊，承受骨骼間的摩擦；用作長期使用的血液泵材料；用作組織支架，和堆積成型技術相結合，制備如人耳組織支架等形狀復雜的多孔支架。

3 結束語

就當前技術水平而言，世界范圍內的技術難題，仍然是超高分子量聚乙烯的加工，因為已有的采用注塑和擠出等方法加工的，絕大多數都僅限于較低分子量聚乙烯的加工。相信隨著催化劑技術的發展，產品加工技術的改進，在生產和應用方面，超高分子量聚乙烯定會實現突破，消費量亦必將持續增加。

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[3]牟發章.超高分子量聚乙烯薄膜需求增長[J].塑料,2009(04).