關(guān)于聚乙烯用途及技術(shù)的研究

張敬 劉艷華

大港石化公司 天津 300280

1 聚乙烯特點

1.1 LDPE特點

LDPE（Low-Density Polyethylene）也叫做高壓聚乙烯，是以乙烯為原料，丙烯、丙醛等為分子量調(diào)節(jié)劑，過氧化物為引發(fā)劑經(jīng)高壓自由基聚合而成的聚合物。密度較低通常為0.91-0.925g/cm3，熔點105-115℃。

LDPE是無毒、無味的乳白色蠟狀顆粒。LDPE產(chǎn)品中存在大量支鏈結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)缺乏規(guī)整性，因此結(jié)晶度小，導(dǎo)致它的耐熱性、硬度較差；但是它的電絕緣性優(yōu)良，柔軟性好，耐沖擊性能和透明性也比較好，具有良好的透氣性和易加工性。

1.2 LLDPE特點

LLDPE（Line low-Density Polyethylene）線型低密度聚乙烯，是以乙烯為原料與α烯烴（約含量8%）為共聚單體聚合而成的共聚物，形成在線型乙烯主鏈上帶有非常短小的共聚單體支鏈的分子結(jié)構(gòu)。LLDPE鏈結(jié)構(gòu)與HDPE相似，密度與LDPE相似，密度通常為0.91-0.94g/cm3，熔點115～130℃。

LLDPE為無毒、無味、無臭的乳白色顆粒。LLDPE具有良好的韌性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，以及高沖擊強度、拉伸強度、耐撕裂強度等，還具有耐熱、耐寒、耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑等優(yōu)點，缺點是LLDPE的加工性能和光學(xué)性能比LDPE差[1]。

1.3 HDPE特點

HDPE（high-density polyethylene）高密度聚乙烯，也叫低壓聚乙烯，主要以乙烯為原料經(jīng)低壓聚合而成的聚合物。密度較高通常為0.94-0.965g/cm3，熔點126-136℃。

HDPE無毒，外表呈乳白色、半透明顆粒。其特征是支鏈少，密度大，規(guī)整度高，易結(jié)晶，透明性差，強度大。HDPE具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機(jī)械強度好，較耐各種腐蝕性溶液。

2 聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)及專利商

2.1 LLDPE主要要專利商

釜式法工藝主要專利商：LyondellBasell（利安德巴塞爾）、ExxonMobil（埃克森美孚）、EniChem（埃尼化學(xué)）和英國ICI公司等。

國內(nèi)釜式法裝置較少，多為70-80年代的裝置，如蘭州石化4萬噸/年裝置（已停產(chǎn)）為ICI公司技術(shù)，燕山石化8萬噸/年裝置為日本住友公司技術(shù)。近幾年開工的裝置主要有山東聯(lián)泓10萬噸/年裝置2015年9月投產(chǎn)，采用ExxonMobil技術(shù)；斯?fàn)柊?0萬噸/年釜式技術(shù)EVA裝置2017年5月開車成功，采用BASELL技術(shù)。

管式法工藝主要專利商：LyondellBasell（利安德巴塞爾）、ExxonMobil（埃克森美孚）和SABTEC（沙比克）公司等。

國內(nèi)近年引進(jìn)的LDPE裝置大多采用管式法工藝：如大慶石化、蘭州石化、茂名石化、中海殼牌及揚巴等公司20萬噸/年LDPE裝置，神華榆林30萬噸/年裝置，2016年10月投產(chǎn)；斯?fàn)柊?0萬噸/年管式技術(shù)裝置，2017年3月13日開車成功，VA含量最高達(dá)40%，均采用LyondellBasell公司技術(shù)[2]。燕山石化20萬噸/年LDPE裝置采用ExxonMobil技術(shù)。齊魯石化14萬噸/年LDPE裝置為DSM（現(xiàn)SABTEC技術(shù)）公司技術(shù)。

淤漿法工藝：氣相乙烯單體與α-烯烴（丁烯-1、辛烯-1、己烯-1等）在稀釋劑介質(zhì)中進(jìn)行共聚，生成的聚合物懸浮在稀釋劑中形成淤漿狀，故稱為淤漿法工藝。按反應(yīng)器形式分為攪拌釜式反應(yīng)器和環(huán)管式反應(yīng)器兩種。該工藝操作條件溫和，乙烯單程轉(zhuǎn)化率達(dá)98%以上，產(chǎn)品分子量范圍寬，適合生產(chǎn)高密度聚乙烯產(chǎn)品，用于管材料、注塑、吹塑、電線電纜等領(lǐng)域。

溶液法工藝：氣相乙烯單體和聚乙烯均溶于溶劑中，聚合反應(yīng)在溶劑中進(jìn)行，反應(yīng)體系為均相體系，一般采用釜式反應(yīng)器。該工藝可以轉(zhuǎn)換生產(chǎn)HDPE和LLDPE。溶液法的優(yōu)點是聚乙烯呈熔融狀態(tài)，經(jīng)分離后可直接造粒，不會有爆聚、結(jié)塊和靜電等問題；聚合反應(yīng)速率高，乙烯單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上；聚合反應(yīng)停留時間短，切換產(chǎn)品牌號只需半個小時，加上反應(yīng)器的不同組合方式，操作靈活，可生產(chǎn)分子量分布（MWD）由窄到寬的產(chǎn)品，產(chǎn)品牌號多，用途廣。溶液法的最大缺點是流程長，特別是溶劑回收復(fù)雜，溶劑消耗量較大，反應(yīng)溫度較高，壓力較大，且物料有腐蝕性，對部分設(shè)備的材質(zhì)有特殊要求，投資較大，國內(nèi)目前只有一套裝置采用該技術(shù)。

2.2 LLDPE/HDPE工藝技術(shù)比較

見表1。

3 聚乙烯高附加值產(chǎn)品的方向

聚乙烯專用料產(chǎn)品方向主要有：高等級絕緣電纜料、耐壓管材料、耐熱管材料、高性能膜料（流延膜、冷收縮膜、纏繞膜、鋰電池隔膜、功能性農(nóng)膜）等。

表1 LLDPE/HDPE工藝技術(shù)比較

電線電纜絕緣料高壓級別：

電纜專用低密度聚乙烯，用作交聯(lián)聚乙烯電纜用絕緣料（XLPE）基礎(chǔ)樹脂，交聯(lián)聚乙烯絕緣料在我國電力電纜生產(chǎn)中是主要的絕緣料。

110KV及以上超高壓電纜用絕緣料幾乎全部依賴進(jìn)口。PE100級管材：

PE100級樹脂在天然氣、飲用水輸送等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

PE100級管材專用樹脂是指20℃條件下，管材在使用50年后仍能保證10MPa的最小必須強度，而且具有優(yōu)異的抗慢速裂紋生長和抗快速裂紋擴(kuò)展性能。

茂金屬聚乙烯（m-LLDPE）：

m-LLDPE廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各種薄膜（熱收縮膜、優(yōu)質(zhì)垃圾袋、工業(yè)外包裝、自立袋、農(nóng)膜、復(fù)合包裝膜、拉伸纏繞膜等）。可用于生產(chǎn)高性能薄膜料，如雙向拉伸聚乙烯薄膜料（BOPE）（在冰塊、速凍食品、海產(chǎn)品、粉體、液體和重包裝等包裝領(lǐng)域取得重大進(jìn)展）；可用于制備單層或多層共擠流延膜（可生產(chǎn)拉伸纏繞膜、衛(wèi)生薄膜和食品包裝膜）[3]。

茂金屬聚乙烯是在茂金屬催化劑體系作用下由乙烯單體和α-烯烴共聚單體經(jīng)聚合而成的共聚物。

聚烯烴彈性體（POE）：

POE應(yīng)用研究進(jìn)展：1.作為熱塑性彈性體材料使用；2.作為發(fā)泡材料使用（廣泛應(yīng)用于高級運動鞋的海綿中底和微孔底的制備領(lǐng)域）；3.作為增韌劑劑使用（用作PP、PE等通用塑料的增韌劑，絕大多數(shù)用于PP增韌體系）。

4 結(jié)語

聚乙烯產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入越來越激烈的市場競爭階段，面臨著通用產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，高端化、高性能化、專用產(chǎn)品國內(nèi)供給不足，嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面，先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、低生產(chǎn)成本、高市場迎合度是企業(yè)競爭的關(guān)鍵。