聚丙烯生產(chǎn)工藝及影響聚合反應(yīng)的雜質(zhì)分析

張鑫方（中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 525000）莫力根(北京航天動力研究所，北京 100076)

聚丙烯生產(chǎn)工藝及影響聚合反應(yīng)的雜質(zhì)分析

張鑫方（中國石油化工股份有限公司茂名分公司，廣東 525000）莫力根(北京航天動力研究所，北京 100076)

作為一種高分子材料，聚丙烯在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，對于其本身質(zhì)量的要求也在不斷提高。而就目前而言，在聚丙烯材料的生產(chǎn)中，存在著許多影響聚合反應(yīng)順利進(jìn)行的雜質(zhì)，其對于聚丙烯的品質(zhì)影響巨大。本文結(jié)合聚丙烯的生產(chǎn)工藝，對影響聚合反應(yīng)的雜質(zhì)進(jìn)行了簡單分析。

聚丙烯；生產(chǎn)工藝；聚合反應(yīng)；雜質(zhì)

聚丙烯屬于一種由丙烯經(jīng)聚合反應(yīng)生成的一種熱塑性樹脂，多呈無色半透明固體，無味無毒，具有耐高溫、耐腐蝕的特性，而且密度較小，自重輕，通過改性還能夠有效克服耐低溫沖擊性差及容易老化的缺陷，在化工、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用，保障聚丙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，是相關(guān)技術(shù)人員需要深入研究的課題。

1 聚丙烯生產(chǎn)工藝

聚丙烯是以丙烯為原料，以聚合反應(yīng)為基本原理得到的一種高分子材料，在聚合反應(yīng)的過程中，包含了四個主要階段，一是活化反應(yīng)，主要是利用催化劑的氧化還原反應(yīng)，將原本的+4價鈦還原為+3價，對鈦進(jìn)行激活；二是鏈引發(fā)，丙烯分子開始自主介入到活性中心，形成聚丙烯鏈條；三是鏈增長，更加大量的丙烯分子加入到活性中心，聚合鏈開始從表面向外逐漸增長；四是鏈終止，這是氫分子自主介入活性中心的階段，可以在其尾端形成-CH3，使得聚合鏈得以終止。氫分子可以通過對聚合物分子鏈的控制，有效掌握熔融指數(shù)，同時不會影響到活性中心的聚合反應(yīng)[1]。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，聚丙烯生產(chǎn)工藝主要包括了本體法、溶液法、氣相法和漿液法四種，這里主要針對連續(xù)式液相本體法工藝進(jìn)行分析。具體來講，需要首先對丙烯進(jìn)行精制，放置在反應(yīng)器中，注入相應(yīng)的催化劑，完成液相本體的聚合反應(yīng)。液化狀態(tài)下的催化劑粉末會隨著聚合反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，不斷生長同時引發(fā)懸浮現(xiàn)象。而伴隨著反應(yīng)時間的延長，催化劑的積累會使得液相丙烯中產(chǎn)生的聚丙烯粉末不斷增加，濃度也會隨之提高。聚合反應(yīng)結(jié)束后，可以對液態(tài)的丙烯進(jìn)行回收利用，得到了聚丙烯粉末經(jīng)提取和過濾后，進(jìn)行閃蒸，去除其中沒有發(fā)生聚合反應(yīng)的丙烯單體，就可以得到純凈的聚丙烯產(chǎn)品。

在上述生產(chǎn)工藝中，聚合反應(yīng)是核心內(nèi)容，主要是利用聚合反應(yīng)器，在其中加入計量后的精丙烯以及由三苯基二甲氧硅烷、液態(tài)三乙基鋁等組成的催化劑，同時注入氫氣，在設(shè)定好的溫度下進(jìn)行連續(xù)聚合。而聚合反應(yīng)完成后的閃蒸操作，是指通過蒸汽加熱的方式，從反應(yīng)得到的聚丙烯粉料中分離出氣化的丙烯，以提升粉料的純度和品質(zhì)。確認(rèn)聚丙烯粉料合格后，以擠壓工藝進(jìn)行造粒，就形成了市場上常見的聚丙烯原料。

2 影響聚合反應(yīng)的雜質(zhì)

在聚合反應(yīng)中，如果丙烯原料的純度不足，水、硫、砷等的雜質(zhì)的含量超標(biāo)，在反應(yīng)過程中就可能會導(dǎo)致催化效率的下降，進(jìn)而影響聚丙烯的產(chǎn)量。在這種情況下，需要進(jìn)一步提升丙烯原料的精制效果，盡可能提高純度，降低雜質(zhì)含量，才能夠切實保證聚丙烯的質(zhì)量和產(chǎn)量[2]。

2.1 水

在連續(xù)式液相本體法生產(chǎn)工藝中，液相丙烯原料的含水量直接影響著催化劑的活性，也影響著聚合反應(yīng)的效率。在聚合反應(yīng)中，采用的是三乙基鋁活化劑以及較為高效的催化劑，其本身的活性較高，在遇水時會發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致活性的降低，難以充分發(fā)揮催化劑本身的活性作用。因此，在進(jìn)行液相丙烯原料精致環(huán)節(jié)，需要對其中的含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保不能超出5×10-6的限值。可以通過脫水處理的方式，去除其中多余的水分，具體來講，就是以固體堿進(jìn)行初步脫水，去除絕大部分水雜質(zhì)，將丙烯原料中的水分控制在150ppm以內(nèi)，然后再利用分子篩，實現(xiàn)進(jìn)一步的精脫水。一般情況下，想要確保聚合反應(yīng)的順利完成，需要將原料中的水含量控制在5ppm以下。相關(guān)研究表明，在其他雜質(zhì)含量合格且固定的情況下，原料中的水含量與催化劑的消耗量呈正增長關(guān)系，換言之，含水量越大，催化劑的消耗也越大。

2.2 硫

硫和硫化物對于聚合反應(yīng)的影響尤其巨大，甚至可能導(dǎo)致聚合反應(yīng)鏈的提前終止。如果在丙烯原料中，硫雜質(zhì)的含量較高，則催化劑的活性將會迅速降低，想要滿足聚丙烯生產(chǎn)的需求，就必須增加催化劑的投入量，這樣不僅導(dǎo)致了成本的增大，而且會降低聚丙烯的產(chǎn)量和品質(zhì)，引發(fā)塑料化塊等問題。尤其是在以高效催化劑進(jìn)行聚合反應(yīng)時，原材料中硫含量的影響更加顯著。結(jié)合相關(guān)研究，應(yīng)該盡可能將原料中硫的含量控制在5×10-6以下，如果硫含量過高，就需要做好必要的脫硫處理。通常來講，可以以常溫水解劑進(jìn)行初步脫硫操作，其主要載體為Al2O3，其上附著有作為催化劑的氧化鋅，可以初步脫除原料中的硫雜質(zhì)，然后以專用的脫硫劑進(jìn)行二次脫硫，將原料中的硫含量控制在5ppm以內(nèi)，才能真正滿足聚合反應(yīng)的實際需求[3]。

2.3 砷

在聚合反應(yīng)中，砷是一種危害性較大的雜志，其不僅會嚴(yán)重影響催化劑的活性，還可以與鈦發(fā)生反應(yīng)，引發(fā)催化劑中毒，進(jìn)一步降低催化劑的活性。對此，需要利用專用的脫砷劑，去除丙烯中的砷雜志，以實現(xiàn)對于催化劑的保護(hù)。

3 結(jié)語

總而言之，在聚丙烯生產(chǎn)中，生產(chǎn)工藝是多種多樣的，而無論是哪一種生產(chǎn)工藝，都要求丙烯原料的純度和穩(wěn)定性，盡可能減少雜質(zhì)對于聚合反應(yīng)的影響。對于原料中存在的水、硫、砷等雜質(zhì)，必須采取有效措施，減少雜質(zhì)含量，以提升聚丙烯生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，保障良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]李戎,朱江.聚丙烯生產(chǎn)工藝及影響聚合反應(yīng)雜質(zhì)分析[J].化學(xué)工程與裝備,2012,(8):40-42.

[2]何佳瑋,薛媛媛,張偉.聚丙烯生產(chǎn)工藝及影響聚合反應(yīng)雜質(zhì)探討[J].中國化工貿(mào)易,2014,6(17):150.

[3]于立秋.丙烯雜質(zhì)對聚合的影響及消除措施[J].廣東化工, 2014,41(12):131，116.