熱成型聚丙烯專用料的工業(yè)開發(fā)

江 嫻，周祚東

（中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北 武漢 430083）

目前，國內熱成型聚丙烯市場上專用料較少。隨著國內經濟的快速發(fā)展，近年來熱成型食品包裝材料需求旺盛，每年該類專用料市場以15%速度增長，總的市場消費約在 60萬 t／a［1］。

通過市場調研發(fā)現，目前熱成型加工企業(yè)主要是用拉絲產品和透明料（或透明母粒）以一定比例混合使用。加工過程中由于樹脂熔指差異大，加工流動性不匹配，透明料加入比例過高等原因，加工后的成品易產生波紋。為解決這一問題，本工作通過實驗室研究添加劑的性能，與基料共混形成不同的配方，通過擠出機造粒制樣后，研究各配方的性能，篩選出符合目標的最佳配方，并在中韓石化20萬t／a STPP裝置上試生產，通過優(yōu)化生產工藝，成功實現了熱成型專用料（PH-05）的工業(yè)化批量生產，性能優(yōu)于市場同類產品，受到了下游用戶好評。

1 產品物性指標

熱成型專用料既要求有足夠高的剛性，又要求有一定的抗沖擊性能，同時要求高透明性和高光澤度，可與T30S以任意比例摻混，成品不易產生波紋。該專用料準備在中韓石化20萬 t／a STPP裝置上試生產。通過綜合分析行業(yè)應用較多的PP樹脂物性，中韓石化STPP裝置的工藝特點、共聚產品的物性指標，以及下游用戶的操作習慣、成本、供應鏈穩(wěn)定、食品安全等因素，制定了攻關技術指標，見表1。

表1 熱成型專用料PH-05的技術指標

中韓石化STPP裝置采用國產第二代環(huán)管聚丙烯（ST-II）成套技術，可生產出合規(guī)的無規(guī)共聚聚丙烯樹脂。本工作嘗試引入乙烯參與共聚，并在造粒階段添加適量的成核劑，以達到攻關技術指標［2］，研究內容包括：乙烯含量對無規(guī)共聚PP聚合產品性能的影響、成核劑加入量的優(yōu)化、產品的性能分析等。

2 實驗部分

2.1 原料

丙烯、乙烯、氫氣，均為聚合級，中韓石化生產；DQ催化劑，中國石化催化劑北京奧達分公司生產；三乙基鋁（TEAL），國產；T30S、透明料，自產。

2.2 儀器及檢測方法

本工作所使用儀器及指標檢測方法見表2、表3。

表2 試驗使用的儀器列表

表3 各指標的標檢測標準

3 結果與討論

3.1 生產工藝條件對產品性能的影響

3.1.1 乙烯含量對結晶度和透明性的影響

霧度是透過試樣偏離入射光方向的散射光通量之比，可直接表征聚合物的透明性能。聚合物的透明性與其結晶性密切相關［3］，如圖1所示。乙烯含量增加時，無規(guī)共聚聚丙烯的結晶度和霧度均降低，即乙烯含量增加，結晶度降低，透明度增加。因此，在丙烯聚合過程中引入適量乙烯，與丙烯無規(guī)共聚合后，其共聚產品的透明性更好。

圖1 乙烯含量與共聚聚丙烯結晶度和霧度的關系

3.1.2 篩選助劑比例

本工作在無規(guī)共聚聚丙烯粉料的混煉工序加入透明成核劑。聚丙烯的結晶度越高，球晶越小，材料的剛性越高，霧度越低。在生產過程中加入的透明成核劑，在聚丙烯顆粒冷卻后，會在樹脂中形成微小品核，減小球晶的尺寸，增加微晶數量，產品透明性更好。同時，晶核起到異相成核的作用，可提高結晶速率和結晶溫度，減小結晶尺寸，既能彌補乙烯丙烯共聚合所帶來的剛性損失，又能縮短制品成型周期［4］。

本工作選用不同比例的透明成核劑配方試驗，從表4可看出，加入合適的助劑后，霧度、光澤度等性能均有提高，綜合考慮產品透明性、光澤度等性能表現以及經濟成本因素，我們選擇2＃配方生產。

表4 不同助劑配方對產品物性的影響

3.2 產品性能

3.2.1 常規(guī)力學性能

在技術生產方案確定后，2017年11月，中韓石化STPP裝置開始從無規(guī)牌號切到熱成型專用料（PH-05）生產。通過調整氫氣濃度、乙烯含量等聚合參數以及筒體溫度、熱油溫度等擠壓造粒參數，待檢測數據合格后，切至產品合格倉，產品測試數據見表5。

表5 產品性能測試結果

3.2.2 光學性能

根據下游用戶使用習慣，對熱成型專用料（PH-05）與T30S在不同混合比例的情況下進行測試。根據表3測試結果可以看出，與T30S在不同混合比例、不同溫度下，熱成型專用料PH-05均具有更低的霧度、更高的光澤度，可滿足下游用戶的需求。

表3 不同混合比例、不同溫度下，霧度、光澤度數據

4 結論

1）乙烯含量增加，無規(guī)共聚聚丙烯的結晶度降低，透明性增強，可在丙烯聚合過程中引入適量乙烯，改善聚合物透明性；加入透明成核劑可提高無規(guī)共聚聚丙烯的霧度、光澤度等性能，綜合考慮產品性能和經濟成本，選擇“基料+0.15%添加劑”配方最優(yōu)。

2）在中韓石化STPP裝置上采用乙烯丙烯共聚合方法，同時添加0.15%添加劑，可連續(xù)穩(wěn)定地生產出熱成型專用料PH-05，性能優(yōu)于市場同類產品，可適應下游加工企業(yè)操作習慣，避免加工過程中由于樹脂熔指差異大、加工流動性不匹配、透明料加入比例過高等問題導致的成品波紋問題，有助于增強客戶對中韓石化產品的信心，擴大中韓石化品牌影響力。