不同工艺技术在聚丙烯的生产及应用

曹秀伟

引言：综述了近年来国内外聚丙烯生产的工艺技术，包括Spheripol二代工艺、Spherizone工艺和Borstar生产工艺等。介绍了聚丙烯产品的应用领域，并针对国内聚丙烯技术方面存在的差距提出了发展建议。

聚丙烯（简称PP）作为五大通用塑料之一，是一种无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，在工业界有广泛的应用，是一种常见的高分子材料。由于其优良的性能、工艺简单而且价廉，它的应用领域十分广泛，因而近年来发展势头一直呈上升趋势。本文特将其生产工艺和应用做一综述。

一、聚丙烯的生产工艺

目前聚丙烯的生产工艺主要有淤浆法、液相本体法和气相法工艺。自上世纪90年代以来，随着聚丙烯工艺技术的不断发展，淤浆法已被淘汰。全球PP生产工艺中，Basell公司的Spherizone环管气相工艺占主导地位，产量约占全球PP总量的50%；其次是Dow Chemical公司的Unipol气相工艺、BP公司的Innovene气相工艺、NTH公司的Novolen气相工艺、三井石化公司的Hypol釜式本体工艺、Borealis公司的Borstar环管/气相工艺等。液相和气相工艺正在世界范围内得到普及。

1.1 Spheripol二代工艺

Basell公司的Spheripol二代工艺采用第四代催化剂体系，通过应用双环管结构的聚合反应器，可生产一些新牌号的产品。预聚合和聚合反应器的设计压力等级提高，使新牌号的性能更好，老牌号的产品性能得以改进，也更利于对形态、等规度和分子量的控制。Spheripol二代工艺特点为：

（1）使用第四代催化剂系统，可生产双峰聚丙烯和高刚性、高结晶性、高净度的产品。（2）预聚合和聚合反应的压力等级提高，可以使环管反应器中的氢气含量增高，扩大了MFR的范围，增加了产品的强度，改善产品的性能。（3）以双环管反应器构型为基础，可以生产宽分子量分布的“双峰”产品，也可以生产窄分子量分布的产品，利用环管反应器和液相本体聚合，可使传热控制得更好，反应均匀。如果将来发展使用茂金属催化剂，不需要对现有装置做重大的改造。（4）停留时间减少，更好地利用了反应体积。（5）改进了聚合物的高压和低压脱气、汽蒸、干燥系统和事故排放单元；提高了效率和操作灵活性。

1.2 Spherizone工艺

Spherizone工艺是Basell公司创新开发的聚丙烯生产技术，它是一种以气相、非茂金属催化剂来生产聚丙烯的工艺，其特点是在一个多区循环反应釜中就可制备双峰聚丙烯树脂。该反应釜有两个反应区，它们分别具有不同的工艺条件，即不同的反应温度、氢气和单体浓度，随着逐渐增大的聚丙烯粒子在这两个反应区的重复循环，使聚合物相间的均匀性不断增加。同Basell传统的聚丙烯生产工艺相比，Spherizone工艺生产的聚丙烯具有更宽的相对分子质量分布和良好的性能。Spheripol工艺与Spherizone投资和运行成本相似，而后者对操作条件和气体组分没有限制。

1.3 Borstar生产工艺

Borealis公司（北欧化工）的Borstar工艺源于北星双峰聚乙烯生产工艺，采用双反应器即环管反应器串联气相反应器生产均聚物和无规共聚物，再串联一台或两台气相反应器则可生产抗冲共聚物产品。传统的聚丙烯工艺在丙烯的临界点以下进行聚合反应，为防止轻组分（如氢气、乙烯）和惰性组分生成气泡，聚合温度控制在7O℃～8O℃。Borstar聚丙烯工艺的环管反应器则可在高温或超过丙烯超临界点的条件下操作，聚合温度和压力都很高，能够防止气泡的形成。其主要特点为：（1）采用更高活性的MgC12载体催化剂。（2）采用环管反应器和气相流化床反应器组合工艺路线，可以灵活地控制产品的相对分子质量分布、等规指數和共聚单体含量。（3）由于环管反应器在超临界条件下操作，可以加入的氢气浓度几乎没有限制，气相反应器也适宜高氢气浓度的操作。（4）能够生产分子量分布很窄的单峰产品，也能生产分子量分布宽的双峰产品；（5）由于聚合温度较高，生产的聚合物有更高的结晶度和等规指数，二甲苯可溶物很低，约为l%。（6）由于反应条件在临界点之上，只有很少的聚合物溶解于丙烯中，减少了无规共聚物含量高时出现的粘釜现象，共聚物中共聚单体的分布非常均匀，无规共聚物中的乙烯含量最高可以达到10%。

聚丙烯的应用进展

2.1 薄膜用料

我国双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是PP树脂消费量最大的领域之一。聚丙烯薄膜主要包括BOPP薄膜、CPP薄膜及其它包装膜（OPP）。BOPP薄膜是一种结晶型聚合物产品，在各种塑料薄膜中属于高档膜，且价格适中。从环保角度考虑，因其污染小，有利于森林资源的保护，在许多场合已取代了传统包装。BOPP薄膜所用的专用树脂多为PP均聚物产品，符合国际食品卫生标准。

2.2 汽车用改性聚丙烯

汽车工业的发展离不开汽车塑料化的进程，PP用于汽车工业具有较强的竞争力，但因其模量和耐热性较低，冲击强度较差，因此不能直接用作汽车配件，轿车中使用的均为改性PP产品，其耐热性可由80℃提高到145℃～150℃，并能承受高温750～1000h后不老化，不龟裂。

2.3 洗衣机内桶专用料

洗衣机生产是家电产品中PP用量较集中的行业之一，洗衣机的内桶、盖板、底座、涡轮均由PP制得。目前国产洗衣机内桶专用料在数量和质量上都无法满足国内市场的需求，原料基本上全部依赖进口。尤其是洗衣机内桶料属于嵌段共聚料，生产难度大。这类专用树脂要求冲击强度高、表面抗划性能和熔体流动性好的多相共聚产品。一般可由共聚反应获得，也可在反应挤出机组内加优良改性剂改性制得。这种树脂成型收缩率调节范围宽，可在ABS或HIPS使用的模具上注塑成型而无需更换模具，制品表面能制成消光、珠光或直接喷涂，因此也可用于制作家电和电器电子的壳体。

2.4 管材用聚丙烯

早期，PP管材主要用作农用输水管，但是由于早期产品性能还存在一些问题，市场未能打开。随着上海塑料建材厂首家引进国外先进技术，采用进口PP-R料生产的输送冷、热水用的管材得到市场认可后，目前已有不少厂家建设PP-R管材生产线，价格也不断回落，但PP-R管材在塑料管材市场上的占有率仍然很低。据反映，目前国产PP-R料与进口料比较还有一定差距，质量有待改进和提高。

三、发展前景

世界各大公司为了提高聚丙烯产品在市场中的竞争力，都在致力于新生产工艺、新型催化剂和新产品的研究开发。我国目前聚丙烯工业的技术水平及生产能力与国外相比还存在一定差距，因此，多开发新产品，尤其是特殊性能牌号产品的研发，从而弥补国内聚丙烯产业的不足，以促进塑料和树脂行业的快速发展。

参考文献

[1]吴长江.聚丙烯技术新进展[J].石油化工，2006.

（作者单位：河北洁源安评环保咨询有限公司）