李新昌

（中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

聚丙烯(PP)是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹(shù)脂，在注塑、擠管、吹膜、涂覆、噴絲、改性工程塑料等各種工業(yè)和民用塑料制品領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，包裝、電子、汽車(chē)、建材等工業(yè)的快速發(fā)展，極大地促進(jìn)了聚丙烯工業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)能力和消費(fèi)量不斷增長(zhǎng)。從2005年開(kāi)始國(guó)內(nèi)聚丙烯產(chǎn)能呈逐年遞增趨勢(shì)，并且增長(zhǎng)速度不斷加快。預(yù)計(jì)到2015年，國(guó)內(nèi)聚丙烯總產(chǎn)能將達(dá)到1700萬(wàn)t左右。薄膜和片材是我國(guó)聚丙烯的第二大消費(fèi)領(lǐng)域，其中以BOPP薄膜為主。我國(guó)的 BOPP薄膜生產(chǎn)廠家及消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在華南和華東地區(qū) 。浙江、 江蘇、廣東三省生產(chǎn)能力最大，占我國(guó)總生產(chǎn)能力的67.20% 。

我國(guó)在BOPP專(zhuān)用料的開(kāi)發(fā)上與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有差距。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，牌號(hào)單一，品種較少，特別是高品質(zhì)、高檔次BOPP薄膜的專(zhuān)用料較少，國(guó)內(nèi)在這一方面的需求主要還是依賴(lài)進(jìn)口。隨著國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良，加工速度高，經(jīng)濟(jì)效益好的高速BOPP薄膜專(zhuān)用料是發(fā)展趨勢(shì)。

1 廣西石化聚丙烯裝置工藝簡(jiǎn)介

廣西石化的聚丙烯裝置采用UNIPOL氣相流化床工藝。該裝置采用單反應(yīng)器設(shè)計(jì)，可生產(chǎn)注塑、薄膜、纖維和拉絲等均聚聚丙烯。1985年，美國(guó)聯(lián)碳公司首次將用于生產(chǎn)聚乙烯的氣相流化床聚合反應(yīng)器應(yīng)用于聚丙烯生產(chǎn)，同時(shí)結(jié)合原殼牌化學(xué)公司的SHAC聚丙烯催化劑， 開(kāi)發(fā)成功了UNIPOL氣相聚丙烯工藝技術(shù)。如今，該工藝的專(zhuān)利擁有者W.R.GRACE公司已在全球共有不少于60套UNIPOL聚丙烯生產(chǎn)裝置投入使用，年產(chǎn)量超過(guò)1500萬(wàn)t。廣西石化UNIPOL氣相聚丙烯工藝主要由原料精制單元、聚合反應(yīng)單元、聚合物脫氣單元、擠壓造粒單元和包裝單元等構(gòu)成，具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 廣西石化UNIPOL氣相聚丙烯裝置工藝流程圖

2 廣西石化聚丙烯裝置工藝特點(diǎn)

廣西石化的聚丙烯裝置采用無(wú)攪拌器的流化床反應(yīng)器，具有工藝流程短，裝置投資省，裝置運(yùn)行能耗、物耗較低，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)靈活，控制技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，以及熔融指數(shù)、二甲苯可溶度和共聚單體含量跨度大等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì),因此工藝具有簡(jiǎn)單、靈活、經(jīng)濟(jì)和安全等特點(diǎn)。

3 產(chǎn)品定位

專(zhuān)用料的結(jié)構(gòu)性能是決定BOPP薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素。BOPP專(zhuān)用料既要得到具有優(yōu)異使用性能的BOPP薄膜產(chǎn)品，即薄膜的高透明、高強(qiáng)度、高剛性，同時(shí)又需要具備良好的加工性能，即高速拉伸不破膜,厚度均勻并滿(mǎn)足一定的生產(chǎn)周期。近年來(lái)，隨著B(niǎo)OPP薄膜制造工藝水平越來(lái)越高，生產(chǎn)裝置不斷向大型化、高速化方面發(fā)展，生產(chǎn)線(xiàn)速度已提高到420m·min-1以上，BOPP薄膜的工藝條件也更加苛刻，因此對(duì)原料樹(shù)脂性能的要求也更為嚴(yán)格，特別為了保證連續(xù)穩(wěn)定的高速生產(chǎn)，要求BOPP專(zhuān)用樹(shù)脂具有非常好的成膜穩(wěn)定性。可以說(shuō)具有良好的成膜穩(wěn)定性是作為BOPP專(zhuān)用樹(shù)脂的首要條件。而影響B(tài)OPP專(zhuān)用樹(shù)脂成膜穩(wěn)定性的因素主要有熔體流動(dòng)速率（MFR）與相對(duì)分子量分布、等規(guī)指數(shù)的穩(wěn)定性及產(chǎn)品灰分等。

3.1 產(chǎn)品指標(biāo)

進(jìn) 口BOPP專(zhuān) 用 料HP425J、FS3011熔指 較 高 ,大 于 3.0g·(10min)-1，并 且 能 穩(wěn) 定 運(yùn)行于420m·min-1，而國(guó)產(chǎn)料熔指較低，小于3.0g·(10min)-1，加工速率僅為 350m·min-1，而且產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大，下游工廠不能穩(wěn)定運(yùn)行，因此國(guó)內(nèi)BOPP專(zhuān)用料的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是生產(chǎn)加工速度≥420m·min-1、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的高品質(zhì)、高性能高速BOPP專(zhuān)用料。根據(jù)調(diào)研分析目標(biāo)產(chǎn)品定位如表1所示。

表1 目標(biāo)產(chǎn)品指標(biāo)

3.2 加工性能指標(biāo)

拉伸速度達(dá)到420m·min-1，膜厚15μm。

4 試生產(chǎn)

4.1 UNIPOL工藝催化劑體系聚合規(guī)律研究

4.4.1 氫氣分壓對(duì)催化劑聚合性能的影響

隨著氫氣加入量的增加，催化劑的聚合活性表現(xiàn)為先升高再降低的趨勢(shì)；聚合產(chǎn)品的堆積密度和熔體流動(dòng)速率逐漸增大；聚合產(chǎn)品的等規(guī)指數(shù)逐漸減小。

表2 氫氣分壓對(duì)催化劑聚合性能的影響

4.1.2 三乙基鋁（TEAL）的加入量對(duì)催化劑聚合性能的影響

隨著TEAL的加入量逐漸增加，聚合產(chǎn)品的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，但聚合產(chǎn)品的等規(guī)指數(shù)無(wú)明顯變化。

表3 三乙基鋁（TEAL）的加入量對(duì)催化劑聚合性能的影響

4.1.3 給電子體加入量對(duì)催化劑聚合性能的影響

隨著給電子體的加入量逐漸增大，聚合產(chǎn)品的等規(guī)指數(shù)逐漸增大，聚合產(chǎn)品的熔體流動(dòng)速率逐漸減小。

表4 給電子體加入量對(duì)催化劑聚合性能的影響

4.1.4 聚合動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

不同的聚合反應(yīng)條件，催化劑的活性穩(wěn)定期和活性增長(zhǎng)期不同，這表明，可以通過(guò)控制聚合反應(yīng)條件（氫氣分壓、TEAL和CHMMS的加入量等）來(lái)控制聚合產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 試生產(chǎn)

根據(jù)拉絲料和膜料的特點(diǎn)，廣西石化公司確定了相應(yīng)的工藝參數(shù)并進(jìn)行生產(chǎn) 。2011年7月和2011年12月，廣西石化公司安排了2次BOPP的工業(yè)化生產(chǎn)，優(yōu)化了原料質(zhì)量和工藝參數(shù)。

表5 生產(chǎn)參數(shù)

表6 產(chǎn)品指標(biāo)數(shù)據(jù)一

表7 產(chǎn)品指標(biāo)數(shù)據(jù)二

5 產(chǎn)品加工性能

產(chǎn)品分別在3家公司進(jìn)行了加工應(yīng)用。BOPP薄膜產(chǎn)品厚度為15～60μm不等，薄膜結(jié)構(gòu)為ABA結(jié)構(gòu)，最大穩(wěn)定加工線(xiàn)速度為420m·min-1，產(chǎn)品應(yīng)用于包裝復(fù)合膜、印刷膜、膠帶膜等。

表8 加工情況表

6 結(jié)論

1）通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、聚丙烯產(chǎn)品剖析和催化劑體系的評(píng)價(jià)，完成典型對(duì)標(biāo)牌號(hào)的結(jié)構(gòu)性能測(cè)試及關(guān)鍵參數(shù)范圍和UNIPOL催化劑體系聚合規(guī)律研究，建立聚合工藝參數(shù)和產(chǎn)品性能之間的對(duì)應(yīng)趨勢(shì)關(guān)系。

2）通過(guò)多次試生產(chǎn)探索和優(yōu)化，建立目標(biāo)產(chǎn)品工業(yè)聚合工藝參數(shù)及關(guān)鍵指標(biāo)調(diào)控范圍。

3）通過(guò)下游加工應(yīng)用試驗(yàn)，產(chǎn)品性能滿(mǎn)足下游廠家生產(chǎn)指標(biāo)要求，加工速度達(dá)到420m?min-1以上，產(chǎn)品已經(jīng)得到市場(chǎng)認(rèn)可，完全達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作，成功開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)UNIPOL聚丙烯工藝BOPP產(chǎn)品，形成UNIPOL工藝BOPP生產(chǎn)技術(shù)。

[1] 洪定一.聚丙烯—原理、工藝與技術(shù)（第2版）[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011．

[2] 劉曉舟，張友軍.高速BOPP薄膜專(zhuān)用樹(shù)脂L5D98的制備與性能研究[J].高分子通報(bào)，2012(8)：80-84.

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