曹秀偉

引言：綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外聚丙烯生產(chǎn)的工藝技術(shù)，包括Spheripol二代工藝、Spherizone工藝和Borstar生產(chǎn)工藝等。介紹了聚丙烯產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，并針對(duì)國(guó)內(nèi)聚丙烯技術(shù)方面存在的差距提出了發(fā)展建議。

聚丙烯（簡(jiǎn)稱(chēng)PP）作為五大通用塑料之一，是一種無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它具有較高的耐沖擊性，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌，抗多種有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕，在工業(yè)界有廣泛的應(yīng)用，是一種常見(jiàn)的高分子材料。由于其優(yōu)良的性能、工藝簡(jiǎn)單而且價(jià)廉，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，因而近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭一直呈上升趨勢(shì)。本文特將其生產(chǎn)工藝和應(yīng)用做一綜述。

一、聚丙烯的生產(chǎn)工藝

目前聚丙烯的生產(chǎn)工藝主要有淤漿法、液相本體法和氣相法工藝。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著聚丙烯工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，淤漿法已被淘汰。全球PP生產(chǎn)工藝中，Basell公司的Spherizone環(huán)管氣相工藝占主導(dǎo)地位，產(chǎn)量約占全球PP總量的50%；其次是Dow Chemical公司的Unipol氣相工藝、BP公司的Innovene氣相工藝、NTH公司的Novolen氣相工藝、三井石化公司的Hypol釜式本體工藝、Borealis公司的Borstar環(huán)管/氣相工藝等。液相和氣相工藝正在世界范圍內(nèi)得到普及。

1.1 Spheripol二代工藝

Basell公司的Spheripol二代工藝采用第四代催化劑體系，通過(guò)應(yīng)用雙環(huán)管結(jié)構(gòu)的聚合反應(yīng)器，可生產(chǎn)一些新牌號(hào)的產(chǎn)品。預(yù)聚合和聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力等級(jí)提高，使新牌號(hào)的性能更好，老牌號(hào)的產(chǎn)品性能得以改進(jìn)，也更利于對(duì)形態(tài)、等規(guī)度和分子量的控制。Spheripol二代工藝特點(diǎn)為：

（1）使用第四代催化劑系統(tǒng)，可生產(chǎn)雙峰聚丙烯和高剛性、高結(jié)晶性、高凈度的產(chǎn)品。（2）預(yù)聚合和聚合反應(yīng)的壓力等級(jí)提高，可以使環(huán)管反應(yīng)器中的氫氣含量增高，擴(kuò)大了MFR的范圍，增加了產(chǎn)品的強(qiáng)度，改善產(chǎn)品的性能。（3）以雙環(huán)管反應(yīng)器構(gòu)型為基礎(chǔ)，可以生產(chǎn)寬分子量分布的“雙峰”產(chǎn)品，也可以生產(chǎn)窄分子量分布的產(chǎn)品，利用環(huán)管反應(yīng)器和液相本體聚合，可使傳熱控制得更好，反應(yīng)均勻。如果將來(lái)發(fā)展使用茂金屬催化劑，不需要對(duì)現(xiàn)有裝置做重大的改造。（4）停留時(shí)間減少，更好地利用了反應(yīng)體積。（5）改進(jìn)了聚合物的高壓和低壓脫氣、汽蒸、干燥系統(tǒng)和事故排放單元；提高了效率和操作靈活性。

1.2 Spherizone工藝

Spherizone工藝是Basell公司創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)，它是一種以氣相、非茂金屬催化劑來(lái)生產(chǎn)聚丙烯的工藝，其特點(diǎn)是在一個(gè)多區(qū)循環(huán)反應(yīng)釜中就可制備雙峰聚丙烯樹(shù)脂。該反應(yīng)釜有兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，它們分別具有不同的工藝條件，即不同的反應(yīng)溫度、氫氣和單體濃度，隨著逐漸增大的聚丙烯粒子在這兩個(gè)反應(yīng)區(qū)的重復(fù)循環(huán)，使聚合物相間的均勻性不斷增加。同Basell傳統(tǒng)的聚丙烯生產(chǎn)工藝相比，Spherizone工藝生產(chǎn)的聚丙烯具有更寬的相對(duì)分子質(zhì)量分布和良好的性能。Spheripol工藝與Spherizone投資和運(yùn)行成本相似，而后者對(duì)操作條件和氣體組分沒(méi)有限制。

1.3 Borstar生產(chǎn)工藝

Borealis公司（北歐化工）的Borstar工藝源于北星雙峰聚乙烯生產(chǎn)工藝，采用雙反應(yīng)器即環(huán)管反應(yīng)器串聯(lián)氣相反應(yīng)器生產(chǎn)均聚物和無(wú)規(guī)共聚物，再串聯(lián)一臺(tái)或兩臺(tái)氣相反應(yīng)器則可生產(chǎn)抗沖共聚物產(chǎn)品。傳統(tǒng)的聚丙烯工藝在丙烯的臨界點(diǎn)以下進(jìn)行聚合反應(yīng)，為防止輕組分（如氫氣、乙烯）和惰性組分生成氣泡，聚合溫度控制在7O℃～8O℃。Borstar聚丙烯工藝的環(huán)管反應(yīng)器則可在高溫或超過(guò)丙烯超臨界點(diǎn)的條件下操作，聚合溫度和壓力都很高，能夠防止氣泡的形成。其主要特點(diǎn)為：（1）采用更高活性的MgC12載體催化劑。（2）采用環(huán)管反應(yīng)器和氣相流化床反應(yīng)器組合工藝路線，可以靈活地控制產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量分布、等規(guī)指數(shù)和共聚單體含量。（3）由于環(huán)管反應(yīng)器在超臨界條件下操作，可以加入的氫氣濃度幾乎沒(méi)有限制，氣相反應(yīng)器也適宜高氫氣濃度的操作。（4）能夠生產(chǎn)分子量分布很窄的單峰產(chǎn)品，也能生產(chǎn)分子量分布寬的雙峰產(chǎn)品；（5）由于聚合溫度較高，生產(chǎn)的聚合物有更高的結(jié)晶度和等規(guī)指數(shù)，二甲苯可溶物很低，約為l%。（6）由于反應(yīng)條件在臨界點(diǎn)之上，只有很少的聚合物溶解于丙烯中，減少了無(wú)規(guī)共聚物含量高時(shí)出現(xiàn)的粘釜現(xiàn)象，共聚物中共聚單體的分布非常均勻，無(wú)規(guī)共聚物中的乙烯含量最高可以達(dá)到10%。

聚丙烯的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 薄膜用料

我國(guó)雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是PP樹(shù)脂消費(fèi)量最大的領(lǐng)域之一。聚丙烯薄膜主要包括BOPP薄膜、CPP薄膜及其它包裝膜（OPP）。BOPP薄膜是一種結(jié)晶型聚合物產(chǎn)品，在各種塑料薄膜中屬于高檔膜，且價(jià)格適中。從環(huán)保角度考慮，因其污染小，有利于森林資源的保護(hù)，在許多場(chǎng)合已取代了傳統(tǒng)包裝。BOPP薄膜所用的專(zhuān)用樹(shù)脂多為PP均聚物產(chǎn)品，符合國(guó)際食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 汽車(chē)用改性聚丙烯

汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)汽車(chē)塑料化的進(jìn)程，PP用于汽車(chē)工業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強(qiáng)度較差，因此不能直接用作汽車(chē)配件，轎車(chē)中使用的均為改性PP產(chǎn)品，其耐熱性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受高溫750～1000h后不老化，不龜裂。

2.3 洗衣機(jī)內(nèi)桶專(zhuān)用料

洗衣機(jī)生產(chǎn)是家電產(chǎn)品中PP用量較集中的行業(yè)之一，洗衣機(jī)的內(nèi)桶、蓋板、底座、渦輪均由PP制得。目前國(guó)產(chǎn)洗衣機(jī)內(nèi)桶專(zhuān)用料在數(shù)量和質(zhì)量上都無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，原料基本上全部依賴(lài)進(jìn)口。尤其是洗衣機(jī)內(nèi)桶料屬于嵌段共聚料，生產(chǎn)難度大。這類(lèi)專(zhuān)用樹(shù)脂要求沖擊強(qiáng)度高、表面抗劃性能和熔體流動(dòng)性好的多相共聚產(chǎn)品。一般可由共聚反應(yīng)獲得，也可在反應(yīng)擠出機(jī)組內(nèi)加優(yōu)良改性劑改性制得。這種樹(shù)脂成型收縮率調(diào)節(jié)范圍寬，可在ABS或HIPS使用的模具上注塑成型而無(wú)需更換模具，制品表面能制成消光、珠光或直接噴涂，因此也可用于制作家電和電器電子的殼體。

2.4 管材用聚丙烯

早期，PP管材主要用作農(nóng)用輸水管，但是由于早期產(chǎn)品性能還存在一些問(wèn)題，市場(chǎng)未能打開(kāi)。隨著上海塑料建材廠首家引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，采用進(jìn)口PP-R料生產(chǎn)的輸送冷、熱水用的管材得到市場(chǎng)認(rèn)可后，目前已有不少?gòu)S家建設(shè)PP-R管材生產(chǎn)線，價(jià)格也不斷回落，但PP-R管材在塑料管材市場(chǎng)上的占有率仍然很低。據(jù)反映，目前國(guó)產(chǎn)PP-R料與進(jìn)口料比較還有一定差距，質(zhì)量有待改進(jìn)和提高。

三、發(fā)展前景

世界各大公司為了提高聚丙烯產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，都在致力于新生產(chǎn)工藝、新型催化劑和新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)。我國(guó)目前聚丙烯工業(yè)的技術(shù)水平及生產(chǎn)能力與國(guó)外相比還存在一定差距，因此，多開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，尤其是特殊性能牌號(hào)產(chǎn)品的研發(fā)，從而彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)業(yè)的不足，以促進(jìn)塑料和樹(shù)脂行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]吳長(zhǎng)江.聚丙烯技術(shù)新進(jìn)展[J].石油化工，2006.

（作者單位：河北潔源安評(píng)環(huán)保咨詢(xún)有限公司）