超高分子量聚乙烯研发概述

2015-07-17姜雪枫大庆石化公司黑龙江大庆163714

山东工业技术 2015年8期

姜雪枫（大庆石化公司,黑龙江大庆 163714）

超高分子量聚乙烯研发概述

姜雪枫
（大庆石化公司,黑龙江大庆 163714）

本文论述超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的催化剂体系及聚合工艺，从应用领域对我国超高分子量聚乙烯行业发展现状进行分析，综述超高分子量聚乙烯的研发状况。我国在引进国外先进技术和经验的同时，应同时加大对适合加工产品所需的技术及设备，以及相关催化剂研发工作。

聚乙烯；超高分子量；催化剂；聚合工艺

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种新型的热塑型工程塑料，ASTMD4020和ISO11542定义的超高分子量聚乙烯平均分子量分别为大于310万和100万。高分子量使其具有优良的性能，其耐冲击、耐磨、吸收冲击能、卫生无毒、密度较小、自润滑、不易粘附等综合性能为普通聚乙烯和其它工程塑料所不可比。可广泛应用于纺织、建筑、交通、国防等诸多领域。

1 催化剂及聚合工艺

1.1 催化剂

目前超高分子量聚乙烯聚合用催化剂主要包括传统Z-N催化剂、茂金属催化剂、非茂金属催化剂等。

（1）Z-N催化剂。Z-N催化剂是超高分子量聚乙烯生产最主要的催化剂之一。三井株式会社通过间歇淤浆聚合方法制取的催化剂，其堆积密度达到0.30g/cm3之高。R.Jamjah等发现，运用传统Z-N催化剂，随着Al/Ti摩尔比的增加，所得产品粉末的相对分子质量是不断降低的。R.L.Jones Jr等人通过气相聚合，在反应釜聚合得到相对分子量高达5.6×106，而且颗粒均匀的粉末。

（2）茂金属催化剂。该催化剂的高活性、单一活性中心的特点，使其能有效控制共聚物分子结构，使乙烯与位阻较大烯烃的共聚得以实现。Dow公司的方法是，采取强Lewis酸化合物处理，首先得到高效阳离子催化剂，再用该剂生产，解决了窄分子量分布和产品加工性能之间的矛盾。日本三菱公司则联合Exxon公司，通过气相工艺制取了Exxpol茂金属催化剂，有40余个牌号。

（3）非茂金属催化剂。近年，非茂金属催化剂研发亦十分活跃，对这类催化剂制取产品进行分析，结果表明所制取的聚烯烃表现出优良的性能。Equistar公司已经开发了能生产窄分子量分布和组成范围的非茂金属催化剂。用此催化剂生产出的产品的透明度较高、抗冲击性能优良，而且加工容易。另外该类催化剂具有合成产率较高、成本降低、相对简单等优点，已发展为聚合催化剂的新关注点，超高分子量聚乙烯工业定然与这几种催化剂共同发展。

1.2 聚合工艺

超高分子量聚乙烯的聚合工艺只有两种：气相工艺与淤浆工艺。因为流化床操作存在堵塞和热点和催化剂的研发问题，该操作很不易于控制，所以气相法生产工艺目前还不能系统的应用在工业生产中；淤浆工艺主要分为环管工艺和搅拌釜工艺，超高分子量聚乙烯中约有三分之二是采用连续搅拌釜聚合工艺。

2 应用领域

2.1 用于内衬材质

优异的抗冲击性能、耐磨性能、不黏附性、自润滑性、卫生无毒等特点，使得超高分子量聚乙烯可被广泛应用为各种内衬材质。如用于斗式提升机的进料口和出料口的接料挡板及内衬板，以降低物料的破碎，并降低机筒磨损；用于刮板输送机的塑料托轮、耐磨导轨条，还可以作为刮板及机壳耐磨衬板，设备综合性能得以提高；用于煤仓内壁衬板，煤仓壁磨损快和堵料的问题很容易便得以解决；另外，还可以用于汽车蓄电池隔板。

2.2 管道材质

该材料不仅具有优秀的自润滑性、耐腐蚀性、耐磨性、无毒性等优点，还兼具内压强度高、耐低温、不结垢、耐冲击、轻便、噪声小等优点于一身，从而气体、液体以及固体物质，均可以通过该材料管道来输送。输送气体涵盖天然气、煤气、燃气等，可输送液体也涵盖相当广泛，如农药、海水、石油、油脂、水煤浆等均可输送，可输送的固体含矿粉、粮食、粉煤灰等多种多样，还可输送玻璃、化纤、建材等。

2.3 高性能型材

为降低产品的成本，提高产品的使用和安全性能，可以使用该材料加工各式各样的齿轮、轴套、轴瓦、滚轮等，而且，其应用还不止于此，例如在纺织行业中打梭棒、连接器、扫花杆、缓冲块、杆轴套等，几乎所有部件都可使用此材料，另外可用做摆动后梁齿轮、凸轮、弹棉机、皮结、轴承衬瓦、皮结盖板、缓冲器挡板、滚轮，来承受相当可观的力量。

2.4 用于安保方面

国防、航天航空等方面也可大量使用超高分子量聚乙烯，用作头盔、防弹衣、轻型车辆、甚至用于坦克装甲以及缆绳等领域，其上佳的耐冲击、耐磨性足以抵御炸弹。

2.5 薄膜板材

1mm以下厚度的材质，令人难以想象，被用来做煤仓底垫，这种薄膜板材具有非常稳定的化学性质，用于接触腐蚀性溶液和溶剂的环境完全胜任，这当然得益于其集抗腐蚀性、耐溶剂、耐磨损性、耐离子聚积性和耐冲击性于一身的特点。另外，也完全可以用作食品药品包装。

2.6 用于医学临床

随着医学的不断发展，对人工髋关节的髋臼、人工膝关节的衬垫，以及血液泵、组织支架等提出更高要求，在不断筛选各种材质之后，医学界将目光投向了具有优良的生物相容性的超高分子量聚乙烯。目前，医学临床应用已取得很大成功，例如人工髋关节髋臼部件，保证金属或陶瓷材质股骨头的往复、旋转有充分活动空间；用作人工膝关节衬垫，承受骨骼间的摩擦；用作长期使用的血液泵材料；用作组织支架，和堆积成型技术相结合，制备如人耳组织支架等形状复杂的多孔支架。