无规共聚聚丙烯RP220M的结构与加工应用

2015-06-05曹建秋马国玉

精细石油化工 2015年1期

曹建秋，马国玉，王辉

（中国石油化工股份有限公司天津分公司研究院，天津市300271）

中沙（天津）石化有限公司45万吨／年聚丙烯装置采用Lyondell Basell公司的Spherizone工艺技术，由一条生产线生产均聚、无规共聚、抗冲共聚和三元共聚产品，共引进98个牌号，产品MFR范围0.2～100g／10min，应用于挤出、注塑、薄膜、热成型等PP典型领域，是目前国内单条生产线产能最大的装置。

根据国内市场消费情况，结合装置技术特点确定生产牌号，向市场提供高性能、高附加值及适销对路的产品是装置开车前必须要面对的问题。RP220M是采用Spherizone工艺生产的无规共聚聚丙烯，是装置引进牌号之一，主要用于流延膜生产。本工作通过对RP220M结构表征和用户加工试用，了解了RP220M结构性能特点和应用情况，为后续RP220M在装置大规模工业化生产及下游客户的应用提供参考。

1 实验部分

1.1 主要原料

无规共聚聚丙烯，RP220M，国产，流延膜专用树脂。RC1314和RC514L，Lyondell Basell公司。

1.2 性能测试与结构表征

1.2.1 性能测试

力学性能测试：取树脂粒料，采用宁波海天集团股份有限公司生产的HTF110X／1J型注射机制样，根据试样的熔体流动速率（MFR），确定注射机的五段加热温度；根据样条尺寸确定保压时间；模温控制在50℃。样条经过状态调节后，按照相关标准进行性能测试。

热封强度采用长春市纸张试验机厂生产的ZLW-500A型微机测控式电子拉力试验机按ZBY 28004—1986测试。试样宽为（15.0±0.1）mm，展开长度为（100.0±1.0）mm。

1.2.2 结构表征

相对分子质量及其分布采用英国Polymer Laboratory公司生产的PL-GPC 220型高温凝胶渗透色谱仪测定，1，2，4-三氯苯为溶剂，溶液质量浓度为1.0mg／mL。测试温度150℃，溶液流速为1.0mL／min。

差示扫描量热法（DSC）分析：采用美国PE公司生产的Diamond型差示扫描量热仪测试试样的熔融结晶行为。升、降温速率均为10℃／min，温度50～200℃。

动态流变指数（PI）采用美国科学流变仪公司生产的ARES-2KFRTN-FCOHR型旋转流变仪测试。试样尺寸为70mm×70mm×2mm，温度190℃，氮气保护下进行动态频率扫描，扫描范围0～100rad／s，测定试样的储能模量（G’）、耗能模量（G”）及复数黏度（η）随频率的变化，根据交点模量（Gc）（Gc＝G’＝G”）计算PI。

二甲苯可溶物含量采用西班牙Polymer Char公司生产的CRYSTEX型二甲苯可溶物分析测试仪测试。

1.3 流延试验

实验室规模的流延试验：采用瑞典Labtech工程有限公司的三层共挤流延膜试验线进行了RP220M单层和复合膜流延试验。试验线由三台螺杆直径为25.0mm、长径比为30.0的单螺杆挤出机挤出供料，共挤模头宽度为300.0mm，间隙可在0.3～3.0mm调整。流延膜通过冷辊冷却后，牵引并收卷。

青岛庆昕塑料有限公司（简称青岛庆昕）的流延膜试验：在青岛庆昕的聚丙烯流延膜生产线上采用标准生产工艺生产20μm厚的镀铝膜产品，热封层为RP220M，其中RP220M厚度约为1 μm，生产速率为190m／min。

2 结果与讨论

2.1 RP220M的性能

表1是试样性能测试结果。

表1 试样性能测试结果

从表1看出：RP220M的MFR较高，有利于流延加工；RP220M的雾度高于RC1314和RC514L，原因是其他两个试样中有成核剂；RP220M的负荷变形温度和维卡软化温度是三个试样中最低的，故RP220M有较低的起始热封温度，适于作为多层复合薄膜的热封层；RP220M有较好的常、低温抗冲击性能，刚性稍低，用其制备的薄膜比较柔软。

2.2 RP220M的结构性能

采用GPC、DSC等方法测试RP220M等三种试样的微观结构、组成等性能，具体测试结果列于表2、图1、图2。

表2 RP220M与流延膜专用树脂试样的结构参数

从表2看出：三种试样的乙烯含量不同，RC1314和RP220M的较高，RC514L的较低。乙烯含量高的试样，其刚性和负荷变形性低，可溶物含量高，与表1的力学性能测试结果一致。从表2还看出：RC1314的重均分子量（MW）最高，RC514L次之，RP220M最低。RP220M的相对分子质量分布（MW／Mn）最窄，这与其流延膜加工方式需要较好流动性的要求一致。RC514L由于乙烯含量低且含有成核剂，因而具有更高的结晶温度［1］；而RC1314尽管也含有成核剂，但乙烯含量较高，因此其结晶温度低于RC514L；RP220M由于乙烯含量高且无成核剂，因此结晶温度最低。

从图1看出：随着乙烯含量提高，试样的熔融温度降低，熔融焓减小。由于RP220M具有较高的乙烯含量，因而具有较低的熔点和熔融焓，用其制备的薄膜较柔软且有较低的热封温度；而RC514L的熔点和结晶度较高，制品的刚性和耐热性较好。

图1 三个试样的DSC曲线

从图2看出：试样1与RP220M的流变性能较好，说明RP220在流延膜加工过程中具有较好的流动性。这是因为RP220M的MW／Mn窄，因此，剪切敏感性较低，流变性能较好。

图2 三个试样在190℃时的动态流变曲线

2.3 RP220M的加工应用试验

2.3.1 LABTECH流延膜试验

利用工商大学塑料加工应用研究所的LABTECH三层共挤流延膜试验线进行了单层和复合流延膜试验，单层膜的厚度控制在30～40 μm，以韩国湖南石化公司生产的均聚聚丙烯FC150B为参比试样在相同条件下制备流延膜。单层膜雾度测试结果为：RP220M膜的雾度约为1.4%，FC150B膜的雾度约为1.8%，RP220M的雾度略好于FC150B。

复合流延膜为RP220M与FC150B复合生产，其中，RP220M膜的厚度约占整体厚度的1／3，对比复合膜试样由新加坡聚烯烃私营公司生产的FL7641与FC150B流延而成，其中FL7641膜的厚度约占整体厚度的1／3，目的是考察RP220M作为热封层与FL7641的热封性能差异。从图3看出：RP220M的起始热封温度低于FL7641。但在热封强度大于4N／15mm时，RP220M的热封温度略高于FL7641。