茂金属聚乙烯产品表征、膜性能及应用

刘卫东，白 鸿



茂金属聚乙烯产品表征、膜性能及应用

刘卫东，白 鸿

（沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110141）

通过介绍茂金属聚乙烯产品的表征结果，说明了茂金属聚乙烯产品与齐格勒-纳塔催化聚乙烯产品相比具有独特分子量分布和分子组成分布，进而解释了茂金属聚乙烯膜制品所具有的基本性能，并介绍了茂金属聚乙烯产品的典型应用。

茂金属；膜性能；表征

1991年Exxon公司首次采用茂金属催化剂生产了LLDPE，标志着茂金属催化聚烯烃进入工业化阶段。茂金属催化剂的开发和应用是聚烯烃生产中的一次重大革新，它使聚烯烃分子结构发生了显著变化，因此茂金属聚烯烃的性能得到显著的提高。现在茂金属聚合物产品主要有茂金属聚乙烯、茂金属聚丙烯和茂金属聚苯乙烯，应用前景十分看好。下面以茂金属聚乙烯（mLLDPE）产品与齐格勒-纳塔催化剂聚乙烯产品（Z-NLLDPE）对比来说明茂金属产品的特点。

1 茂金属聚乙烯共聚物的表征

1.1 分子量分布（图1）

凝胶渗透色谱 (GPC)曲线显示：熔融指数相同情况下，茂金属聚乙烯分子量分布更窄。

1.2 分子组成分布（图2）

用结晶分级分析仪得到mLLDPE和 Z-NLLDPE的组成分布：mLLDPE显示其高共聚单体含量（在低温区非晶部分并且发粘）分子数量较少；低共聚单体含量（在高温区类似均聚物）分子数量较少。

图1 mLLDPE和Z-N催化共聚物 GPC曲线

图2 mLLDPE和Z-N催化共聚物组成分布曲线

茂金属显示了多重结晶行为─也许是分子间结晶也许是分子内结晶─由于组成分布均一，不同的结晶得以区分，才显示了更多的结晶细节。图2显示mLLDPE茂金属的分子组成分布更窄。

1.3 流变性

在190 ℃用标准震荡剪切和毛细管剪切测量mLLDPE和Z-NLLDPE的粘度与剪切频率的对应关系。

图3显示mLLDPE在低频是牛顿流体，在高频下粘度变稀，这是分子量窄分布共聚物的特点。

图3 mLLDPE和Z-N催化共聚物剪切频率与粘度的关系

Z-NLLDPE则在整个剪切频率范围内粘度变稀，这表示Z-N共聚物分子量分布更宽。

上面从三个侧面描述了茂金属聚乙烯产品的分子结构特征，即与齐格勒-纳塔催化剂聚乙烯产品相比分子量分布更窄，分子组成分布更窄。如图4。

图4 两种大分子示意图

2 膜的特性

2.1 落锤冲击强度

冲击强度─mLLDPE比Z-NLLDPE高很多。因此密度相同时mLLDPE的抗穿刺性高于Z-NLLDPE膜。

需要说明的是mLLDPE落锤冲击强度受密度度影响是非线性的，图5只是在很小的一段密度范围内落锤冲击强度的变化，因此显示线性。

图5 落锤冲击强度与密度的关系

2.2 撕裂强度（图6）

图6 茂金属共聚物纵向撕裂强度与密度关系

纵向撕裂强度在密度0.920 g/cm3处有最大值。

2.3 屈服点处拉伸强度（图7、8）

图7 茂金属共聚物纵向拉伸强度与密度关系

图8 密度与横向拉伸强度关系

Fig.8 TD Tensile at Yield vs. density for mLLDPE Copolymers

在屈服点处纵向和横向拉伸强度与密度线性关联很好

2.4 密封性能（图9）

图9 粘结强度与密封温度

MLLDPE膜总体上显示了杰出的密封性能:密封起始温度低、热粘结强度高、宽密封温度范围、高密封强度。杰出的密封性能是由更均一的共聚单体分布决定的。

总之，mLLDPE与 Z-NLLDPE膜材料相比：

抗冲击性大幅提高；

抗穿刺性大幅提高；

模量相当；

极限拉伸强度提高；

断裂伸长率相当；

密封性大幅提高。

3 典型应用

3.1 重包装袋

重包装袋要求具有高强度和韧性，对油脂和水有好的阻隔性能，低摩擦系数。其它重要性能包括高蠕变强度、耐摩、密封性能。生产重包装袋，Z-NLLDPE树脂可以单独使用，也可以和mLLDPE共混使用， mLLDPE 可以提供高强度，可以使膜减薄，使生产成本降低。mLLDPE与中等分子量高密度聚乙烯共混(MMW-HDPE)有很多高端应用，随着(MMW-HDPE)增加，硬度和抗蠕变强度增加，耐用性降低。

3.2 罐装衬里

mLLDPE树脂优越的膜性能，包括韧性,如穿刺,耐冲击,抗拉强度高等特性。这使得 mLLDPE树脂在罐头内涂层领域成功的应用，以前只有更高的α-烯烃共聚物才能适用这一领域。

3.3 拉伸缠绕膜

膜在缠绕力量下拉伸，然后像橡皮带那样保持作用力，把货物捆扎在一起，便于运输，也防风防雨。拉伸缠绕膜需要一些重要性能，主要是附着性、收紧力的保持性、抗穿刺性和拉伸性。

一般用复合共挤出工艺生产拉伸缠绕膜，先进的生产线可以做到5层共挤。用茂金属PE替代Z-N树脂可以减少树脂用量。调整复合挤出量可以达到最佳性能，并且能够降低成本。

3.4 软包装

mLLDPE 树脂作为强度层和密封层已经在包装领域有了广泛应用。mLLDPE 与Z-N树脂相比具有低密封起始温度和高热粘合力以及宽密封范围，除了普通包装领域，还可以用于包装液体，如饮料、冰袋等。

茂金属聚乙烯还有其它应用例如农膜、层压膜、热收缩膜等等。

4 结束语

茂金属催化剂因其生成的聚合物分子量分布窄，共聚物组成分布窄，结构可控等特点，成为继高效载体型催化剂之后的新一代聚烯烃催化剂。由茂金属催化剂生产的聚烯烃性能不仅较传统聚烯烃有大幅度提高，而且部分茂金属聚烯烃的性能已经延伸到特种工程塑料的性能领域。

Characterization, Film Property and Application of Metallocene Polyethylene Products

，

(Shenyang Paraffin-wax Chemical Co., Ltd, Liaoning Shenyang 110141, China）

Characteristics of metallocene polyethylene products were introduced. Compared with Ziegler-Natta polyethylene product,unique molecular weight distribution and molecular composition distribution of metallocene polyethylene products were discussed, then basic properties of metallocene PE film products were analyzed, and typical application of metallocene PE products was introduced.

Metallocene; Film property; Appearance characteristic

TQ 324

A

1671-0460（2014）06-0904-03

2014-05-27

刘卫东（1968-），男，高级工程师，硕士，黑龙江齐齐哈尔人，1993年毕业于吉林大学研究生院高分子化学与物理专业。 研究方向：从事聚氯乙烯和聚乙烯的开发与生产工作。E-mail：lwed68@sina.com。