一、前言
双峰聚乙烯是指分子量分布曲线呈现两个峰值的聚乙烯树脂,与普通聚乙烯相比双峰聚乙烯同时具备优良的物理机械强度和优异的加工性能---其中高分子量部分用以保证其物理机械强度,低分子量部分在树脂中起到润滑作用,用以改善产品加工性。这样的双峰聚乙烯在通过吹塑加工过程中,不仅加工性优于一般单峰分子量分布的聚烯烃,更容易加工,产率高,能耗低;而且由于熔体流动扰乱的减少,使产品力学性能更加稳定。
双峰高强度膜专用树脂产品具有极高的机械强度、刚度和良好的加工性能(在高速时),可以加工成要求冲击大、振动阻力大和机械强度高的充气管状薄膜,适合于制作超薄薄膜、购物袋、废物袋、重负荷的包装袋、食品和杂物及高档商品的包装、保鲜薄膜,所产薄膜具有较强拟纸性和抗张性。国内对此种产品的需求目前主要依赖进口,每年要花费大量的外汇,在这种情况下,开发出市场缺口大、塑料加工业急需的高强度、高刚度超薄膜聚乙烯树脂,占领市场,满足用户的需求,意义是极其重大的。
二、研制过程
我们根据用户的需求,对国内市场进行了广泛地调查、走访,了解到塑料加工行业对日本高强度膜专用树脂产品具有浓厚的兴趣,国内需求量很大。因此,我们组织研究并进行试生产,并且对双峰高强度膜专用树脂产品的生产条件和产品质量指标作了多次改进,使双峰高强度膜专用树脂产品开发获得成功。
1、双峰高强度膜专用树脂产品物性指标
对开发新产品而言,科学地制定出产品的基础物性参数是一项十分重要的工作,基础物性参数制定的是否合理,将直接影响着产品的使用性能和技术水平,也将影响到产品试生产工作能否顺利开展。对不同用途的聚乙烯产品有不同的性能要求,但最主要的是要满足下游用户或加工行业制品标准的要求,为此,我们通过对国外同类产品及国内其它类型装置同类产品的剖析,并广泛征求用户的意见、结合日本三井油化提供的数据,对产品的性能指标及操作条件重新研究设计了双峰高强度膜专用树脂的质量指标。
2、双峰高强度膜专用树脂产品合成工艺的研究
我们采取了淤浆法聚合工艺,原料乙烯和共聚单体(丙烯或丁烯-1)在以己烷为溶剂的聚合釜中通过催化剂作用,发生聚合反应,生成高密度聚乙烯(简称HDPE)产品,而双峰高强度膜聚乙烯专用树脂的基本物理是由三大特性---树脂的熔体流动速率(MFR)、密度(D)、分子量分布(NNI)所决定,这些物性主要有聚合釜的操作条件来控制,另外好的助剂配方时树脂在加工过程和使用过程中稳定性的基本保证。
2.1 生产方式
树脂的分子量分布是通过改变两台聚合釜的连接方式进行控制的。聚合釜有三种连接方式:并联A、并联B与串联方式生产。并联A、并联B方式生产分子量分布窄和中等宽度的产品,串联方式生产分子量分布较宽的产品。因此,双峰高密度聚乙烯树脂的生产方式为串联方式生产。
第一聚合釜生产的较高MFR的聚乙烯浆液,经闪蒸后进入第二聚合釜再次加入乙烯和共聚单体,在氢气浓度的控制下,重新进行链的增长和转移,生产较低MFR的聚乙烯浆液,然后再次闪蒸,并脱除未反应的氢气和乙烯,再经分离、干燥、填加助剂、造粒、掺混后,才可得到最终产品。
2.2 两聚合釜反应温度的研究
反应温度是促进反应进行的动力之一,反应温度的高低对反应速度的快慢起着重要的作用,也影响着分子链增长方式,从而就影响分子的结构。双峰高密度聚乙烯产品绝不是两种分子量聚乙烯的简单掺混,而是由其特殊的分子结构决定的,这种结构的产生与两釜的反应温度及两釜之间的反应温度梯度有很大关系,所以确定合理的反应温度十分重要。根据串联生产方式,确定两釜温度。
2.3 两釜催化剂浓度的研究
聚合釜中催化剂浓度不仅用于控制反应速度的快慢,更主要的是用于调节分子量的大小。催化剂浓度越高,反应速度越快,链增长过程中饱合的也越快,分子量也就越小,才可以保证低分子量和高分子量部份所占的比例,从而使产品具有双峰分布的行为,但这只是其必要条件之一。
2.4 两釜乙烯进料比的研究
两釜的乙烯进料比是一项非常重要的参数,它是决定高低分子量部份所占比例和分子量分布状态的主要参数,对产品的加工性能有很大影响,不仅要设计绝对合理,而且要控制十分稳定。选择一个理想的进料比是一件比较困难的事情,即要有理论上的分析,又要有实际的检验,结合装置实际生产经验,经过多组小聚合试验,才确定出最终的两釜乙烯进料比。
2.5 两釜浆液的熔体流动速率(MFR)的研究
熔体流动速率是分子量大小的间接表征,熔体流动速率越大,则分子量越小,熔体流动速率越小分子量越大。另外,对于串联牌号来说,第一聚合釜熔体流动速率的大小对产品分子量分布有较大影响,第二聚合釜熔体流动速率大小对产品的强度有较大影响,所以,两釜浆液熔体流动速率选择是否合理,对决定产品是否具有双峰特性,有着重要意义,是一项十分重要的控制指标。根据产品的不同用途和特征,确定两釜的熔体流动速率(MFR)。
三、产品加工评价
使用日本三井RZ-200催化剂试生产的双峰高强度膜专用树脂高强度高刚度微薄膜料,经几家塑料加工厂家和日本三井油化进行加工应用试验,试验结果如下:
1、各试验厂家的实测结果表明,双峰高强度膜专用树脂的物性指标完全达到了设计要求。
2、双峰高强度膜专用树脂产品具有较高的抗冲击强度、机械强度和刚度等特点,具有良好的加工性能。用该树脂加工出的薄膜,成膜性好,拟纸性强、手感好。在稳定的工艺条件下,其泡型稳定,薄膜表面均匀,具有较好的透明度、抗拉性能和撕裂强度,特别是它的印刷性能和热封性能优良。该产品物性指标超过国内同类产品,达到国际同类产品水平。
四、结束语
双峰高强度膜专用树脂,通过多项指标检验和加工试验,证明双峰高强度膜专用树脂牌号是一种性能优良的微薄膜树脂,完全可以替代进口的HDPE7000F树脂,同时在设计生产过程中,又充分考虑到了国内的生产现状,因此我们的双峰高强度膜专用树脂料更能适合国内设备的加工条件。
1、双峰高强度膜专用树脂产品在HDPE装置上,产品的各项性能指标完全达到了设计值。由此说明:双峰高强度膜专用树脂的三个基本物性指标:熔体流动速率(MFR)、密度(D)、分子量分布(NNI)的设计是准确的,聚合操作条件设计是合理的。
2、双峰高强度膜专用树脂产品的加工试验表明,吹出的薄膜,强度高,耐高温性能好,制品的外观、鱼眼等均达到了要求。
3、试生产期间在原料质量稳定的情况下, 由于使用的RZ200催化剂具有活性高、氢调敏感性好等特点使试生产期间浆液的熔体流动速率控制稳定,而且产品颗粒的熔体流动速率也控制在指标范围之内。
4、双峰高强度膜专用树脂产品的其它各项质量性能指标,如拉伸强度、断裂伸长率等指标都达到了产品的规定值。
5、使用新型催化剂RZ-200成功生产双峰高强度膜专用树脂产品,增加了我厂的塑料品种,拓宽了聚乙烯树脂的市场,具有显著的社会效益和经济效益。
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