化學降解法生產高熔融指數聚丙烯的質量控制經驗

白曉琪

(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719100)

無紡布即非織造布，它是一種不需要紡紗織布而形成的織物，其種類繁多，不同的纖維原料、生產工藝可制成多樣的產品種類。根據成分有滌綸、丙綸、錦綸、氨綸、腈綸等，其中丙綸無紡布分為紡黏法、熔噴法以及紡黏和熔噴復合非織造布三大類[1]。近幾年來，無紡布取得迅猛發展，己經變成一個新興的工業產業分支。紡黏法聚丙烯無紡布具有強度高、熔點低、密度小、化學穩定性能好等優點，廣泛應用于手術衣、口罩、尿布、購物袋、土工布及建筑防水材料等。

1 紡黏無紡布專用聚丙烯樹脂的生產方法

紡黏無紡布專用聚丙烯樹脂主要有三種生產方法，即高效催化劑氫調法、茂金屬催化劑氫調法和化學降解法生產[2]。

(1)高效催化劑氫調法。利用常規催化劑生產，溶體流動速率大于35 g/10 min的聚丙烯樹脂存在一定的難度，高效催化劑可以大大增加聚丙烯聚合反應的氫氣敏感性，少量的氫就可以大幅提高溶體流動速率。

(2)化學降解法，也叫熱化學降解法。該方法的原理是將有機過氧化物添加到聚丙烯原料樹脂，通過熱化學降解，對聚丙烯溶體流動速率、相對分子質量分布等主要參數進行控制調節。要求過氧化物具有一定的熱穩定性，既能在聚丙烯熔融前分子保持相對穩定，但又能在加工聚丙烯時，在較短時間內生成大量的活性自由基，從而引發聚丙烯樹脂高分子鏈上β鍵碳原子斷裂，降低產品相對分子質量，提高溶體流動速率，減小相對分子質量分布。該方法具有工藝技術簡單、穩定性高，產品相對分子質量分布窄等優點。

(3)茂金屬催化劑氫調法。在茂金屬催化劑的作用下聚合生成的聚丙烯可紡性較高，相對分子質量分布只有2個單位，提高了紡絲速度，降低纖維纖度，用它做的紡黏無紡布均勻性好，阻隔性好。此外，由于茂金屬聚丙烯立構規整度高，在剛性、屈服拉伸應力、耐熱性、彎曲強度等性能方面表現優異可生產性能優異的纖維。

三種生產方法各有利弊，但調節熔融指數的基本原理大不相同。高效催化劑氫調法、茂金屬催化劑氫調法都是在聚合反應過程中通過調整氫氣加入量來控制分子鏈的長短來實現熔融指數控制，而化學降解法是在擠壓造粒過程中通過加入降解劑來切斷分子鏈來調節熔融指數，相對于氫調法而言，化學降解法最大的優點是轉產周期短、轉產靈活性高。

2 化學降解法高熔融指數聚丙烯生產難點及解決方法

針對2020年年初突發的新型冠狀病毒肺炎疫情防控的嚴峻形勢，全球口罩無紡布專用料市場供應緊俏的狀況。中煤陜西榆林能源化工有限公司以L5E89(熔融指數3.3～4.3 g/10 min)為基礎粉料，通過化學降解法制得了ZM2040S高熔融指數(38±5 g/10 min)產品。

2.1 模板平面度要求高

高熔融指數料對擠壓機模板平面精度的要求極高，在轉產高熔融指數牌號前，應提前檢測模板平面度，即使是新模板也要對其檢測。當模板平面度較低但無條件進行更換時，應提高刀壓并盡可能推遲切牌號時間，以使切刀和模板得到更好的接觸。如提高切刀刀壓后，墊刀料一直產生并出現惡化的情況，則應暫時切回L5E89牌號，待墊刀料下降且穩定后再切回ZM2040S牌號，實現間斷切換，避免造粒停車。

2.2 進刀、退刀壓差要平穩

當進刀、退刀壓差出現下降時，均會出現不同程度的墊刀料。因此在生產高熔融指數產品前，必須保證進刀、退刀壓差處于穩定狀態。在生產ZM2040S牌號產品前期，由于切刀壓差波動較大，出現過擠壓機停車現象，在調整切刀壓差后，擠壓機能穩定運行且拖尾粒及墊刀料數量明顯下降。

2.3 擠壓機筒體溫度不能過高

擠壓機溫度控制從截留閥-開車閥-熔融泵-連接段-換網器-模板呈階梯性下降，由于科佰隆擠壓機自身局限性，熱油溫控系統存在一個控制點控制三段溫度的問題，不具備單段溫度精細調節的能力，所以其各段溫度無法實現精準控制，尤其在螺桿剪切段極易出現溫度過高的現象，不利于樹脂成型。因此在每次生產高熔融指數牌號前，應確保冷油系統能夠正常發揮冷卻作用，如剪切產生熱量過高引起溫度上升的情況，則應臨時接膠管輔以工廠風對剪切段進行降溫。

2.4 熔融指數調整

采用化學降解法生產高熔融指數牌號產品，降解劑加入量調整幅度是整個生產過程的關鍵所在。如果將降解劑加入比例一次調整到位，則樹脂熔融指數將產生較大變化，模頭熔體壓力也會出現較大變化，極有可能導致粘連粒、片料劇增，甚至纏刀。因此，降解劑加入比例應逐步調整，每調整一次比例，應根據停留時間及顆粒外觀對擠壓機系統各參數做相應調整，直至熔融指數合格。在往回切L5E89牌號時，由于熔融指數降低，熔體壓力升高，加上切粒機轉速及扭矩較高，在調整的過程中極易出現切粒機扭矩高報而停機的情況，因此切換操作應更加緩慢，尤其是切粒機轉速調整幅度要小，建議控制在每次3 r/min。

2.5 失重稱波動

在轉產過程中，降解劑加入量逐步加大，初期失重稱的設定流量遠小于其最大下料量，降解劑的實際加入量與設定量偏差比較大。因此轉產初期應盡量選擇一臺失重稱進行加劑，當下料量無法滿足必須使用兩個失重稱加劑時，先調整一臺稱達到穩定最小下料量時立刻啟動另一臺稱，降低降解劑波動對轉產帶來風險。同時，由于負載壓力對失重稱計量影響較大，加降解劑時由于氣壓的沖擊會導致失重稱下料量出現大幅波動，因此在加劑時應保證加入的速度要足夠緩慢，而且內操崗與外操崗應時刻保持溝通，嚴密監視，加劑量出現波動時，必須立刻停止加劑。

2.6 擠壓機參數調整

擠壓機相關參數的調節需與粒料產品的熔融指數上升相對應，否則在轉產過程中可能產生塊料、串料，容易引起擠壓機停車。若出現串料現象，建議采取以下措施：

一是隨粒料產品熔融指數的上升，結合粒料外形，適當提高切粒機進刀、退刀壓差及切粒機的轉速；

二是在轉產過程中，認真檢查粒料振動篩下部細小顆粒狀況，如有細料增多趨勢則在提高切粒機進刀、退刀壓差的同時，適當提高切粒水溫度。

2.7 粒料難成型

由于降解劑過氧化物在擠壓機筒體中存在混煉降解不均勻的現象，導致在模板不同位置的樹脂熔融指數及熔體壓力是不同的，可能出現未成型的癟狀料。針對此問題，應主要通過調節節流閥的開度，延長樹脂在擠壓機筒體內的停留時間，同時提高擠壓機筒體溫度到230 ℃，保證降解劑混煉均勻。但是，提高擠壓機筒體溫度后，勢必會造成熔體溫度無法降低，在切粒過程中會產生較多拖尾粒，應結合現場實際生產情況綜合平衡。

2.8 粒料產品氣味控制

生產過程中如降解劑殘留較多，揮發不夠充分，粒料會冒泡并伴有較大氣味。應采取以下措施提高脫氣量：

一是增大截流閥開度，增加樹脂在擠壓機筒體內的停留時間；

二是提高擠壓機筒體的平均溫度；

三是保持擠壓機筒體排氣系統暢通，并提高脫氣頻次；

四是適當增加粒料自摻混時間。

3 結 語

中煤陜西榆林能源化工有限公司以低熔融指數聚丙烯粉料為基礎原料，在擠壓造粒過程中，利用化學降解法，通過加入降解劑，并通過一系列相關調整，成功產出高熔融指數牌號目標產品，且產品獲得下游用戶的一致好評。