Novolen工艺聚丙烯产品及应用

王居兰，李 磊，袁 炜，罗春桃，刘志芳

（神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司，宁夏 银川750411）

0 前言

Novolen工艺是Novolen Technology Holdings（简称NTH）公司的聚丙烯（PP）专利生产技术，采用超活性第三代载体催化剂及先进的添加剂系统，主反应器采用立式搅拌床气相反应器，不仅可生产现有最宽范围的产品，而且还能生产具有Novolen工艺特点的国内市场上没有的新型产品。截至目前，全球采用Novolen工艺的生产装置共有25套，总生产能力达4700 kt／a［1］。

神华宁夏煤业集团（以下简称神宁集团）以煤为原料生产PP，生产能力500 kt／a，引进了Novolen工艺的93个牌号，装置于2011年4月底试车，已相继生产出合格的1102K、2440K和2500H产品。该工艺的引进与投产可极大丰富国内PP产品的种类，扩大下游用户的用料选择范围。

1 Novolen工艺简介

Novolen工艺是BASF公司最初开发成功的，是气相搅拌床工艺的典型代表。1997年开始归BASF和Hoechst合并成立的Targor公司所有，2000年底由于Basell的成立，该工艺转给由ABB Lummus公司和Equistar公司成立的合资公司NTH所有［2］。

神宁集团PP装置包含一、二两条生产线，年生产能力分别为200 kt和300 kt。一线两台75 m3反应器串联生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物，二线两台75 m3反应器并联生产均聚物和无规共聚物。可生产46个牌号的均聚物、17个牌号的无规共聚物、30个牌号的抗冲共聚物。

Novolen工艺最初开车时向反应器中装填PP种子料，在搅拌器作用下通过粉料间的摩擦使反应器温度迅速升高到接近聚合温度，加入催化剂、助催化剂和外给电子体，在压力和温度分别为2～3 MPa和65～80℃时生产均聚物和无规共聚物。生产抗冲共聚物时，第二反应器的压力和温度分别为1．5 MPa、70℃，第一个反应器生成均聚PP后压入第二个串联反应器进一步反应生产抗冲共聚 PP［3－4］。

反应器粉料床层是一个带有基于“阿基米德螺旋”的螺旋形搅拌器的搅拌床，可控制粉料混合，因而避免了结块和粘壁。搅拌器装在底部，靠粉料支撑，通过变频器控制作用到搅拌器上的扭矩。反应器料位通过放射性料位计射线测量。

Novolen气相法主要特点是：（1）采用双螺带式搅拌器的立式反应器，该反应器使物料混合均匀，且搅拌器的转速可调，增加了操作弹性；（2）同一催化体系不需预聚合可生产全范围的产品，采用液相丙烯汽化撤热，撤热效率高，且单体单程转化率达到80%以上，因此单体的循环回收系统较小，使用膜分离技术从净化气中回收丙烯和氮气，可节省约1%的丙烯。工艺系统中只有气相单体存在，反应器相对其他工艺偏小，因此紧急排放量小，有利于安全生产；（3）每条线两台反应器设计完全相同，通过不同的组合可以生产均聚、无规共聚、抗冲共聚等产品，设备利用率高，投资低。对于食品包装、医疗器械等卫生等级要求较高的产品，Novolen工艺在造粒单元下游设计并提供一套脱气单元来处理聚合物颗粒，使产品具有极低的挥发物含量；（4）生产的PP产品范围广泛，产品熔体流动速率为0．1～3000 g／10 min，等规指数为90%～99．5%，拉伸模量为300～2400 MPa，拉伸屈服应力为10～40 MPa，茂金属催化剂生产的PP透明度高达96%［5］。

2 产品的应用领域

神宁集团烯烃装置以煤为原料经甲醇制取低碳烯烃后在Ziegler－Natta催化剂作用下聚合得到PP。引进的Novolen工艺，产品牌号覆盖均聚、无规共聚、抗冲共聚及三元共聚等范围，适用于纤维、注塑、热成型等加工工艺。

2．1 纤维

PP纤维广泛用于高速纺丝、无纺布、膨体连续长丝（BCF）、细旦纤维、烟用丝束等，产品主要用于服饰、医疗卫生材料、包装等领域［6］。

目前，国产PP纤维牌号主要有上海石化的Y600、Y1200、Y2600T、Y3700C；扬子石化的S700、S2040等。镇海石化、辽阳石化、天津石化、大庆石化、茂名石化等都进行了无纺布专用料的开发。但目前国产无纺布树脂多为均聚物，以可控流变法生产，易存在熔体流动速率波动较大、制品手感差等缺陷，在高端领域中进口料占大部分份额［7］。

神宁集团Novolen工艺引进的纤维和无纺布牌号主 要 有 1101L、1101M、1101MC、1101N、1101RC、1101S、1101SC、1191N等。1101RC是一种可控流变均聚物纤维牌号，其特点是高流动性、窄相对分子质量分布和中结晶性，特别适用于在高速生产线上生产细旦高强度无纺布，主要用于卫生领域，拥有超强的抗气体褪色稳定性和紫外线稳定性。1101S是均聚纤维牌号，具有熔融流动性好、灰分低、可纺性好、产品性能稳定等特点，适用于PP长纤、短纤、烟用丝束、BCF等。

2．2 注射成型

注射成型因效率高，易于实现自动化生产，成为PP加工领域最重要的生产技术，通过使用不同模具可一次加工成型各种制品，如汽车保险杠、仪表盘、日用品及家电外壳等，注塑制品占PP制品的1／2左右［8］。正是由于注塑工艺的上述优点，PP生产企业在进行PP排产时，都将注塑级PP牌号作为重点牌号。

近年来，国内开发的注塑牌号中，均聚牌号主要有燕山石化的K1002、K1712、K1008；上海石化的 M300、M2600；镇海石化的 V30G；广州石化的 CJ－600AH、CJS－700等。抗冲共聚牌号主要有燕山石化的K8303、K7708、K6712、K9020；扬子石化 K8003、J340、K9012；齐鲁石化的EPS30R、EPT30R、SP179；上海石化的M700R、M2600R等。无规共聚牌号主要有K4912、M1200E、M2000E、M3000E等，满足了部分国内需求，但每年仍需大量进口。进口牌号主要来自韩国、日本、新加坡、欧美和中东，均聚牌号主要为4017M、4017 H等，共 聚 牌 号 主 要 有 BJ750、BJ910、BJ970、BC2B、AW564、AW191、AZ564、AY564、EP640S、AP03B、SG982、7075P1等。

神宁集团Novolen工艺引进的注塑牌号的熔体流动速率范围为1．8～100 g／10 min，广泛用于汽车仪表板和内饰件、汽车保险杠、洗衣机部件、摩托车配件、蓄电池壳、童车、玩具等领域。1100N为中流动性PP均聚料，力学性能高，耐磨损，主要用于通用注塑、家用品、家具、封包等。1148TC的熔体流动速率为53 g／10 min，主要用于日用品和甜点的薄壁包装及快速注射成型一次性餐具，目前市场上没有同等牌号。2640L为高韧性的丙烯抗冲共聚物，悬臂梁缺口冲击强度大于7 kJ／m2（－20℃），具有优异的冲击性能、适宜的硬度和耐热性能，较好的尺寸稳定性及优良的力学性能，可用于注射成型周转箱、行李箱等。高透明PP是目前市场需求量很大且发展较快的产品，具有优良的透明性、高光泽度等特点，广泛应用于透明性要求高的日用品。3248RC的熔体流动速率为23 g／10 min，是具有高流动性和高透明度的可控流变丙烯无规共聚物，具有优异的透明性、光泽度、热变形温度，可用于食品容器、包装材料、输液瓶和一次性注射器等。

2．3 热成型

PP为半结晶性聚合物，软化点与熔点接近，熔体强度低，可加工范围窄，极易产生熔垂现象。常规PP树脂进行热成型时，必须采用低熔体流动速率的树脂，热成型在接近熔点处进行，因此限制了其在热成型等领域的应用。国内PP热成型应用从20世纪90年代中期才开始起步，但近10年市场增长迅速［9］。Novolen工艺产品的相对分子质量分布宽窄可调，部分牌号非常适合热成型方面的应用。

神宁集团Novolen工艺引进的热成型牌号1184L是均聚PP牌号，拉伸模量为1600 MPa，具有强度高、光泽度好、耐热温度高、易于加工成型等特点，主要用于日用品和甜点的热成型包装。3202H为无规共聚PP牌号，可用于输液瓶等医疗卫生产品，是一种极好的高阻隔材料，加工窗口宽，生产饮料杯、水果篮及热灌装产品时，经济性和产率更高。

2．4 双向拉伸薄膜

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜因其优良的物理力学性能，广泛应用于食品、医药、服装、香烟等包装材料领域，并大量用作复合膜的基材。经电晕处理后，可以套色印刷得到精美的外观效果，常用作复合薄膜的面层材料。当前，BOPP在烟膜、珠光膜、消光膜等功能膜领域的应用日益扩大，但高挺度烟膜、电工膜等需大量进口［10］。随着我国BOPP生产能力的快速增大，国内企业加大了BOPP原料开发、生产力度，国产牌号主要有茂名石化的 T36F、T36F－H；上海石化的 F200、F280、F280S；上海赛科的F1002、F1002A、F1002B等。

神宁集团Novolen工艺引进的BOPP牌号具有合理的等规度范围、适宜的相对分子质量分布，适用于BOPP多种加工工艺，可单独或与其他薄膜复合用于食品、纺织品、香烟等包装。1103K具有适宜的等规度、相对分子质量及分布、熔体流动速率波动范围窄、灰分低、加工性能好等特点，其均聚部分改善了膜强度和阻隔性，无规部分改善了膜的透明性及加工性，不含金属硬脂酸盐和功能性添加剂，适用于BOPP平膜、烟膜、镀铝膜等。3520L为三元共聚物的牌号，热封初始温度低（105℃），具有优异的光学性能、良好的热封强度和热黏性，可用于BOPP展示包装的外热封层等。

2．5 流延薄膜

流延聚丙烯（CPP）薄膜具有透明性好、挺度高、易于热封合等特点，可用于热灌装、蒸煮袋、无菌包装等领域，可单层或多层复合使用。目前国内CPP树脂品种与产量均较少，主要牌号有燕山石化C1008、C1608、C4608；上海石化的FC801、FC801M、F850EA、F800E；茂名石化的F850EBA。但镀铝层PP、高温蒸煮膜用PP和一些特殊性能的PP原料仍需要进口，特别是低温热封用的三元共聚PP还依赖进口［9－11］。市场上进口牌号主要有韩国三星RF401、RF402；英国Shell化工公司的PLZ2715A；日本窒素化工公司的F8277；日本住友化学公司的FL6313、F1177等。

神宁集团Novolen工艺引进的CPP牌号类型包括均聚、无规共聚等牌号，用于食品、文具及纺织品等包装。均聚牌号有1102M、1125MC、1128MC、1128N等，拉伸模量大于1450 MPa，具有刚性好、挺度高等特点，可用于多层流延膜的芯层。无规共聚牌号有3200MC、3225MC、3236MC等，为较高乙烯含量的牌号，具有透明度高、热封强度高、抗粘连、薄膜成型厚度均匀等特点，可用于食品和文具包装等。3300MC、3325MC为高乙烯含量无规共聚牌号，高透明、柔韧性好，用于透明包装如面包袋、可呼吸鲜切产品包装、易开软盖等领域，提供了良好的冲击强度及柔软度／透明度的平衡。3510MC、3520MC为三元无规共聚牌号，具有极佳的透明度和光泽度，热封初始温度分别为115℃和105℃左右，热黏性好，用于食品和非食品包装。

2．6 管材

与其他合成树脂相比，PP综合性能好，表现在相对密度小、表面光泽好、耐热性及力学性能较优，尤其突出得是良好的耐应力开裂性及耐化学性能，故而在新兴建筑管材，特别是热水输送管方面，获得了极大的发展。目前可用的PP原料有3种：均聚（PP－H）、抗冲共聚物（PP－B）以及无规共聚物（PP－R）［14］。PP－H 的模量高、承压能力好，但脆性较大，限制了其应用；PP－B的高低温冲击强度高，但承压能力差，因此只适用于冷水及低温采暖；同PP－H、PP－B相比，PP－R管材具有更优良的长期热氧稳定性、长期耐蠕变性能，更适于生产热水管材。

神宁集团Novolen工艺引进的管材料牌号中1112E是一种低熔体流动速率、高相对分子质量的均聚物，具有优良的承压能力，主要可应用于工业低压管道，例如输送化学流体和城市污水等领域；2312E是一种低熔体流动速率、高相对分子质量的抗冲共聚PP，具有优良的物理力学性能、化学稳定性、耐老化性，特别是耐低温冲击性能突出，能满足北方寒冷条件下长期使用的要求，可用于生活饮用水管材管件、挤出板材、片材等领域；3212E为丙烯／乙烯无规共聚的PP－R管材专料，是一种低熔体流动速率、高相对分子质量的无规共聚PP，具有优良的物理力学性能、化学稳定性、耐老化性以及突出的长期抗蠕变性能，可用于建筑物内冷热水系统、地板取暖设施、可直接饮用的纯净水供水系统等。

2．7 高结晶、高刚性及高抗冲牌号

高结晶PP的热变形温度及结晶度高，固化温度高于通常的PP，缩短了成型周期，具有更高的刚性，良好的韧性与耐冲击性的平衡，使成型品达到了薄壁化、轻量化，同时相对分子质量分布较宽，在相同的熔体流动速率下，具有更高的流动性，改善了加工成型性，广泛用于家电、刚性包装、汽车领域［15］。

高结晶PP树脂在国外已规模化生产，如大韩油化、韩国三星、奥地利北欧化工公司及巴塞尔公司等。其中大韩油化均聚牌号有：HJ4006、HJ4025、HJ4045、HJ4112、HF5003；共 聚 牌 号 有：CB5108、CB5230、CB9230、CB9302等。韩国三星综合化学公司牌号有：BI452、BI518、BI730、BI970、HI831、HJ730、HF740等。北欧化工牌号有：MC55、PC75、HF005SA、BY065SA等牌号。巴塞尔公司牌号有：HA748K、HA722J、HA740N、HA840R等［16］。国内齐鲁石化分公司成功开发出了高刚韧共聚聚丙烯QP83N。

神宁集团Novolen工艺引进1040N的熔体流动速率为12 g／10 min，拉伸模量达2000 MPa，具有中流动性、高刚性、高耐热变形性、良好的加工性能、制品表面硬度高、耐划擦性好、光泽度高等优点，可应用于家电零部件等领域。1043RC是高刚性的丙烯均聚物，具有良好的流动性、突出的抗划擦性和硬度以及高的热变形温度（104℃），主要用于家具及汽车前后灯罩，可用于替代20%矿物填充的PP改性材料等。3048TC是具有较高流动性和高刚度、高透明度的可控流变丙烯均聚物，适用于高透明度的包装制品，如：注射成型大型薄壁制品，快速注射成型一次性餐具等食品包装容器等。

高抗冲共聚PP具有极佳韧性，更高的附加值，更加优异的低温性能，可广泛应用于要求保持良好低温韧性、强度和耐高温的改性材料，低温条件下使用的食品包装、卫生器材及要求低收缩率的产品等［17］。目前，市场上此类产品牌号有：SP179、K9026、K9012等。神宁集团的高抗冲共聚PP牌号有2800J、2800NC、2900 H、2900NC，为中等流动性牌号，聚合时加入一定量的乙烯，使产品具有很高的冲击强度，低温冲击强度达10 kJ／m2，因其较高的韧性在汽车内、外饰件的加工应用中可大大减少橡胶的加入量，降低生产成本；可作为基础树脂用于汽车保险杠、仪表板等，也可直接应用于部分汽车部件和对冲击性能要求较高的大型塑料件，还可用于PP改性用弹性体。

3 结语

目前，国内PP生产工艺种类较多，消费市场发展迅速，且不同工艺的产品各有特点，产品的综合性能及应用领域也各有侧重，神华宁煤集团公司Novolen工艺PP的引进可极大丰富国内PP产品的种类，扩大下游用户的用料选择范围。同时，应加大Novolen产品的宣传与推广力度，在稳定生产的同时也要针对市场情况有计划地开发新产品，以更好地适应市场。

［1］ 宁英男，董春明，王伟众，等．气相法聚丙烯生产技术进展［J］．化工进展，2010，29（12）：2220－2227．Ning Yingnan，Dong Chunming，Wang Weizhong，et al．Recent Progress in Gas Phase Polypropylene Process［J］．Chemical Industry and Engineering Process，2010，29（12）：2220－2227．

［2］ 洪定一．聚丙烯——原理、工艺与技术［M］．北京：中国石化出版社，2002：614－616．Hong Dingyi． Polypropylene—Principle，Process and Technology［M］．Beijing：Sinopec Press，2002：614－616．

［3］ Jon A Debling，Jorge J Zacca，W Harmon Ray．Reactor Residence－time Distribution Effects on the Multistage Polymerization of Olefins III：Multi－layered Products：Impact Polypropylene［J］．Chemical Engineering Science，1997，52（12）：1969－2001．

［4］ Cuiyan Tong，Yong Chen，Ye Chen，et al．Mass Transfer Resistance in the Production of High Impact Polypropylene［J］．Polymer，2008，49：2974－2978．

［5］ Lummus Novolen Technology Gmb H．Novolen Technology［EB／OL］．［2010－05－27］．http：／／www．novolentechnology．com．

［6］ 赵春宝．聚丙烯纤维的开发与应用情况［J］．化工文摘，2007，（4）：33－35．Zhao Chunbao．Development and Application of Polypropylene Fibers［J］．China Chemical，2007，（4）：33－35．

［7］ 马国玉．Spherizone工艺聚丙烯产品与应用［J］．中国塑料，2009，23（6）：15－17．Ma Guoyu．Types and Application of Polypropylene Synthesized via Spherizone Process［J］．China Plastics，2009，23（6）：15－17．

［8］ 聚丙烯PP目前用途．中国包装桶网［EB／OL］．［2011－12－10］．http：／／www．pailnet．com／news／news＿info＿357．html．

［9］ 徐 焕，王良诗，张丽英，等．聚丙烯热成型的研究与开发进展［J］．塑料，2011，40（6）：111－117．Xu Huan，Wang Liangshi，Zhang Liying，et al．Research and Development Progress of Polypropylene The rm oforming［J］．Plastics，2011，40（6）：111－117．

［10］ 王丽新，刘志芳．我国BOPP薄膜生产现状及其专用料应用情况［J］．当代石油化工，2006，14（1）：32－36．Wang Lixin，Liu Zhifang．Production and Application of BOPP FilmSpecial Material in China ［J］．Petroleum＆petrochemical Today，2006，14（1）：32－36．

［11］ 陶 宏．中国流延膜的现状与新发展［J］．塑料制造，2009，（2）：48－52．Tao Hong．The Actualities and NewDevelopment of Cast Filmin China［J］．Plastics Manufacture，2009，（2）：48－52．

［12］ 林渊智．CPP薄膜的技术进展及市场分析［J］．塑料包装，2007，17（5）：25－29．Lin Yuanzhi．Technology Progress and Market Analysis of CPP Film［J］．Plastic Packaging，2007，17（5）：25－29．

［13］ 董 震．我国流延聚丙烯膜（CPP）及其专用料的开发进展［J］．中国高新技术企业，2009，（10）：7－8．Dong Zhen．Production and Application of CPP FilmSpecial Material in China［J］．Chinese Hi－tech Enterprises，2009，（10）：7－8．

［14］ 赵唤群．无规共聚聚丙烯PPR管材专用料研制和生产［D］．天津：天津大学化工学院，2006．

［15］ 罗招灰，蒋善君，赵英奎．高刚性抗冲共聚PP的开发［J］．合成树脂及塑料，2007，24（1）：6－8．Luo Zhaohui，Jiang Shanjun，Zhao Yingkui．Development of Impact Propylene Copolymer with High Stiffness［J］．China Synthetic Resin and Plastics，2007，24（1）：6－8．

［16］ 韦歆忠．高结晶聚丙烯研制与工业化［D］．天津：天津大学化工学院，2006．

［17］ 吴 建，谢 昕，李 丽，等．高抗冲共聚聚丙烯的结构与性能［J］．合成树脂与塑料，2011，28（1）：59－61．Wu Jian，Xie Xin，Li Li，et al．Structure and Properties of High Impact Polypropylene［J］．China Synthetic Resin and Plastics，2011，28（1）：59－61．