關于聚丙烯生產工藝技術研究

曾祥國

摘 要：聚丙烯（Polypropylene，縮寫為PP）作為一種熱塑性塑料，不僅具有質輕、透明度高、無毒、易加工、耐化學腐蝕等優異性能，而且易于通過共混、共聚等物理化學反應進行改性，已成為發展速度最快、產量最大、牌號最多、用途最廣的通用塑料之一（僅次于聚乙烯、聚氯乙烯），廣泛應用于化工、家電、汽車、包裝、建筑等諸多領域，本文主要就針對聚丙烯生產所采用的工藝技術和特點進行探討。

關鍵詞：聚丙烯;生產工藝;技術

1 聚丙烯產品的特點

聚丙烯是一種化工產品，現在市場上存在的聚丙烯都具有其自身的特性。聚丙烯是一種通過加工之后才形成的，不是自然界自然產生的，所有具有一定的物理特性，例如聚丙烯的的穩定性很好，一般狀態下是不會發生變形的，自身是以乳白色的晶狀體出現的，相對其他物質而言重量很輕，并且沒有味道，也沒有有害物質，更不會對人體產生傷害。正是因為聚丙烯的這些特點，所以產品的生產中對聚丙烯的需求比較大，同時也要求聚丙烯自身有良好的性能，所以在聚丙烯的生產過程中，需要嚴格控制它的生產精度，減少誤差，生產高質量、不變形的聚丙烯，如果生產工藝與技術達不到要求或是過程中出現誤差，就會導致聚丙烯的塑品發生變形，則無法滿足某些要求較高的行業生產需求。

聚丙烯自身有良好的物理特點和化學性能，但是目前的生產技術無法完全展現聚丙烯的優勢，就會使得聚丙烯產品在使用過程中出現一些缺陷，例如聚丙烯產品只耐高溫不耐寒，低溫情況下容易發生變形或受到損害，或是隨著使用時間的增加，聚丙烯產品會受到氧化作用，產生氧化反應，暴露出其他的不足。要更充分的展現聚丙烯產品的功能與作用，就需要加大對聚丙烯生產工藝的研究，提高生產技術，致力生產高質量的聚丙烯產品，以滿足市場日益增長的需求。

2 聚丙烯生產工藝技術的研究

20世紀50年代，就開始了聚丙烯合成工藝的研究。從最傳統的溶劑聚合法（又稱泥漿法），改良為更為先進的溶液聚合法，發展到目前的液相本體、氣相本體聚合法，隨著生產工藝的不斷發展，最原始的溶劑聚合法，目前工業中已不再使用?？v觀全球聚丙烯先進的生產工藝，目前Basell公司每年生產的聚丙烯超過全球總產量的50%，其主要采用Spheripol雙環管氣相聚合工藝;此外，由Basell公司率先開發并投產的Spherizone聚丙烯合成工藝、北歐化工公司開發并投產的Borstar聚丙烯合成工藝均得到了普及應用。

2.1 Spheripol工藝

Basell公司研發并投入運營的Spheripol雙環管氣相聚丙烯技術是目前經驗最豐富的新型聚丙烯合成工藝，與傳統生產工藝相比，生產的聚丙烯產品質量更好、產量更大。共經歷了四代催化劑的改良，目前已形成雙環管結構的聚丙烯合成反應器，在此工藝的基礎上生產出了多種優良的聚丙烯產品。雙環管結構可以通過改變合成工藝中的壓力，得到性能更優良的聚丙烯產品，實現了對聚丙烯大分子質量以及聚丙烯大分子形態的調控;經多次改良后得到的第四代催化劑，催化生成的聚丙烯產品純度更高，機械性能更好，具有更高的耐磨性能;由于使用了雙環管反應結構，可以更方便生產操作;提高了反應壓力，所以整個生產工藝中氫氣含量增加，在一定程度上改良了聚丙烯產品的各項性能;同時，基于雙環管結構的優良特性，能夠生產相對質量更高的大分子，以及質量更小的聚丙烯產品，使生產出的聚丙烯產品分子質量分布范圍更大，且得到的聚丙烯產品更加均質;這一結構能更好地促進反應物料之間的傳熱，如果結合目前更為先進的茂金屬催化劑，未來將會制備出性能更加優良的聚丙烯產品。雙環管反應器結構使得生產效率提高，使生產過程變得更加便捷靈活，在一定程度上提高了聚丙烯產品的產量。

2.2 Spherizone工藝

由于目前雙峰聚丙烯市場需求量的不斷上漲，所以Basell

公司開發出了全新的生產工藝。Spherizone工藝主要用于雙峰聚丙烯的生產，該生產工藝最主要的創新之處就是在同一個反應器中，將反應器進行分區，可以單獨調控每個反應區內的反應溫度、反應壓力以及氫氣濃度，在合成聚丙烯時，在聚丙烯分子鏈不斷增長的過程中，在生產條件不同的、生產條件可控的反應區內進行循環，一方面合成了性能更加優良的雙峰聚丙烯，另一方面，得到的聚丙烯產品均勻性更好。

2.3 Borstar工藝

Borstar聚丙烯合成工藝是北歐化工在Basell公司的聚丙烯合成工藝的基礎上，在雙環管結構反應器的基礎上，同時串聯氣相流化床反應器，由此生產出了性能更加優良的聚丙烯產品。在此之前，所有的聚丙烯合成工藝將反應溫度控制在70℃左右，避免生產過程中氣泡的產生，使聚丙烯產品更加均質。而北歐化工設計的Borstar的工藝，允許更高的操作溫度，甚至可以超過丙烯操作的臨界值，溫度的提高也促進了操作壓力的提升，并且該過程中幾乎不產生氣泡，是一種性能更為優良的聚丙烯合成工藝。目前該工藝的特點概括如下：第一，催化劑活性更高;第二，在雙環管反應器的基礎上串聯了氣相反應器，能夠對合成大分子的分子質量以及大分子形態進行更便捷的調控;第三，在進行雙峰聚丙烯的生產時得到的每個峰都能實現較窄的分子質量分布，雙峰產品質量更好;第四，提高了操作溫度，避免了聚丙烯分子溶解于丙烯的現象，不會出現聚丙烯產品粘連在反應釜內壁的情況。

2.4 Novolen聚丙烯工藝

Novolen聚丙烯工藝可以生產全范圍的聚丙烯產品，采用PTK催化劑，以液相丙烯為載體，通過特殊設計的設備加入到反應器中?？缮a融指（MFR）在0.2～100g/ 10min

之間的聚丙烯樹脂，等規度高達90%～99%，且產品拉伸模量較高，Novolen工藝兩個反應器即可串聯操作生產抗沖共聚物，也可并聯操作生產均聚物和無規物。

2.5 Unipol聚丙烯工藝

Unipol工藝采用氣相流化床技術，其特點是流程簡單，裝置布置緊湊，所需設備不多，項目投資也相對較少。另外，Unipol工藝還可進行超冷凝態氣相流化床工藝操作，反應器在體積不增加的情況下可大大提高生產能力，實驗證明如果將反應器內液相的比例提高到45%，則反應器生產能力能提高到200%，兩臺串聯反應器生產的抗沖共聚產品分子量分布很寬，抗沖共聚物乙烯含量最高可達21%，橡膠相含量為35%。

3 聚丙烯工藝技術在國內的應用情況

聚丙烯技術在我國長期的實踐與運用中已經由最初的不成熟不便利的階段逐漸轉變成技術相對成熟，生產工藝多樣化的階段了，因為在采用聚丙烯生產工藝時會貼合我國自己的業務水平以及實際情況，并通過不斷的深入研究，所以我們已經積累到了較多的適合我國本土使用的生產技術。

從現有的技術水平和方法來看，我國使用的還主要是本體法、氣相法兩種工藝，有的企業在經濟實力較好的情況下，為了進一步提高聚丙烯的生產產量和反應速率，就會將兩種工藝相結合使用，應用本體法--氣相法相結合工藝。我國聚丙烯的生產工藝在不斷完善與提高，要實現充分利用生產材料，最大化節約生產成本的目的，就需要繼續提高與優化聚丙烯的生產工藝技術，并做到本體法--氣相法結合工藝的推廣與普及，以便創造出更大的使用價值。

4 結語

現在國內較大的聚丙烯生產設備普遍使用國外研發的生產工藝以及聚丙烯催化劑。我們應該專注于關鍵裝置的大規模研發，學習并吸收歐美國家的先進生產技術并應用到實際生產，專注于化工設備的生產水平，降低設備的能源消耗，生產出高質量、高價值的聚丙烯產品，提高國內生產聚丙烯的核心競爭力。

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