聚丙烯产品的性能及其应用进展

赵建光，高 杰

（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西榆林 718500）

1 聚丙烯产品生产工艺介绍

20世纪50年代，就开始了聚丙烯合成工艺的研究。从最传统的溶剂聚合法（又称泥浆法），改良为更为先进的溶液聚合法，发展到目前的液相本体、气相本体聚合法，随着生产工艺的不断发展，最原始的溶剂聚合法，目前工业中已不再使用。纵观全球聚丙烯先进的生产工艺，目前Basell公司每年生产的聚丙烯超过全球总产量的50%，其主要采用Spheripol 双环管气相聚合工艺；此外，由Basell公司率先开发并投产的 Spherizone 聚丙烯合成工艺、北欧化工公司开发并投产的Borstar聚丙烯合成工艺均得到了普及应用。

1.1 Spheripol工艺

Basell 公司研发并投入运营的Spheripol 双环管气相聚丙烯技术是目前经验最丰富的新型聚丙烯合成工艺，与传统生产工艺相比，生产的聚丙烯产品质量更好、产量更大。共经历了四代催化剂的改良，目前已形成双环管结构的聚丙烯合成反应器，在此工艺的基础上生产出了多种优良的聚丙烯产品。双环管结构可以通过改变合成工艺中的压力，得到性能更优良的聚丙烯产品，实现了对聚丙烯大分子质量以及聚丙烯大分子形态的调控；经多次改良后得到的第四代催化剂，催化生成的聚丙烯产品纯度更高，机械性能更好，具有更高的耐磨性能；由于使用了双环管反应结构，可以更方便生产操作；提高了反应压力，所以整个生产工艺中氢气含量增加，在一定程度上改良了聚丙烯产品的各项性能；同时，基于双环管结构的优良特性，能够生产相对质量更高的大分子，以及质量更小的聚丙烯产品，使生产出的聚丙烯产品分子质量分布范围更大，且得到的聚丙烯产品更加均质；这一结构能更好地促进反应物料之间的传热，如果结合目前更为先进的茂金属催化剂，未来将会制备出性能更加优良的聚丙烯产品。双环管反应器结构使得生产效率提高，使生产过程变得更加便捷灵活，在一定程度上提高了聚丙烯产品的产量。

1.2 Spherizone工艺

由于目前双峰聚丙烯市场需求量的不断上涨，所以Basell公司开发出了全新的生产工艺。Spherizone 工艺主要用于双峰聚丙烯的生产，该生产工艺最主要的创新之处就是在同一个反应器中，将反应器进行分区，可以单独调控每个反应区内的反应温度、反应压力以及氢气浓度，在合成聚丙烯时，在聚丙烯分子链不断增长的过程中，在生产条件不同的、生产条件可控的反应区内进行循环，一方面合成了性能更加优良的双峰聚丙烯，另一方面，得到的聚丙烯产品均匀性更好。

1.3 Borstar工艺

Borstar聚丙烯合成工艺是北欧化工在Basell公司的聚丙烯合成工艺的基础上，在双环管结构反应器的基础上，同时串联气相流化床反应器，由此生产出了性能更加优良的聚丙烯产品。在此之前，所有的聚丙烯合成工艺将反应温度控制在70℃左右，避免生产过程中气泡的产生，使聚丙烯产品更加均质。而北欧化工设计的Borstar的工艺，允许更高的操作温度，甚至可以超过丙烯操作的临界值，温度的提高也促进了操作压力的提升，并且该过程中几乎不产生气泡，是一种性能更为优良的聚丙烯合成工艺。目前该工艺的特点概括如下：第一，催化剂活性更高；第二，在双环管反应器的基础上串联了气相反应器，能够对合成大分子的分子质量以及大分子形态进行更便捷的调控；第三，在进行双峰聚丙烯的生产时得到的每个峰都能实现较窄的分子质量分布，双峰产品质量更好；第四，提高了操作温度，避免了聚丙烯分子溶解于丙烯的现象，不会出现聚丙烯产品粘连在反应釜内壁的情况。

2 聚丙烯应用进展

聚丙烯（Polypropylene）由于其生产工艺成熟、原料价廉易得、产品安全无毒且环境友好，在产品包装、日用品生产、汽车制造、建筑材料、医疗器械等多个领域得到了应用。由于目前人们对于绿色生活的追求，对环境保护提出了更多要求，聚丙烯因此替代了很多环境友好性不佳的材料。

2.1 管材用聚丙烯产品开发

无规共聚聚丙烯管，又称PPR，是目前需求量较大的聚丙烯产品之一，机械性能良好，抗冲击能力强，以其作为原料制备的管材，机械强度高，质量轻便，耐磨耐腐蚀、方便进一步加工。由于其可以承受高温热水，根据质量检测使用寿命较长，产品质量好、稳定性高，目前已被广泛应用于冷热水输送。由于其性能稳定，安全可靠且价格合适，被我国建设部等相关部门列为推荐使用的管件材料，应逐渐用PPR此类绿色环保的管材来替代传统管材，在政府倡导下，目前我国在建住宅80%以上采用了PPR绿色管材。随着我国建筑业的快速发展，对于PPR管材的需求量也不断增加，据统计数据显示，年需求量平均约为200kt。

2.2 薄膜类聚丙烯产品开发

薄膜产品也是目前需求量最大的聚丙烯产品之一，薄膜制造是重要的聚丙烯应用途径，据统计，每年生产的聚丙烯约有20% 被用来生产薄膜。由于聚丙烯薄膜性质稳定，环境友好，因此可用于多种产品包装，用作精密产品中的各类绝缘材料，还可用于建筑材料等多个领域。特别是近年来开发了更多 附加值更高的聚丙烯薄膜材料。比如丙烯-乙烯-1-丁烯三 元共聚聚丙烯薄膜可用于低温热封层，有更大的市场需求量。与传统薄膜类热封层材料相比，还能实现更好的机械强度以及抗冲击性能，薄膜产品种类繁多，需求量较大的代表性薄膜有：双向拉伸BOPP薄膜、流延聚丙烯CPP膜[4]，CPP膜多用于食品以及医药类产品包装，BOPP薄膜多用于产品包装以及胶黏类产品的生产。根据数据显示，我国目前每年需要进口约80kt左右薄膜类聚丙烯材料。

2.3 车用聚丙烯产品开发

聚丙烯材料在进行改性之后，拥有更优良的加工性能，机械强度高，可在多次冲击后保持性能完好，符合安全、环保的发展理念，因此在汽车领域得到了广泛的应用。目前汽车内仪表盘、内饰材料、保险杠等多种汽车零部件都采用了聚丙烯产品[5]。改性之后的聚丙烯产品目前已成为汽车零部件的主要塑料制品，特别是目前对于高端聚丙烯材料仍存在较大缺口，发展前景乐观。随着我国目前对于汽车生产要求的不断提高，以及对于汽车制造领域环境保护意识提高，汽车工业的发展必须要解决车用聚丙烯材料的回收再利用问题，目前汽车行业所用聚丙烯产品的主要问题在于缺少高端聚丙烯产品的供应，要求聚丙烯产品应实现绿色、环保、无公害，拥有更高的耐热性，更高的机械强度以及更强的耐化学腐蚀性能。2020年我国将实行“国六”标准，汽车要实行轻量化发展，聚丙烯产品性价比高，质量轻便，将有更多的优势，在汽车行业使用会更加广泛。

2.4 医用聚丙烯产品开发

聚丙烯合成材料安全无毒，且生产成本较低，使用中更加绿色环保，因此在医疗设备中多用于药物包装、注射器、输液瓶、手套、透明管等多种一次性医疗产品的制备，目前基本已经实现了对传统玻璃材料的替代。随着社会大众对于医疗条件要求的提高，以及我国针对医疗设备加大科研投入，医疗市场对于聚丙烯产品的消费量将会大大增加，除了此类较为低端的医疗产品制造之外，还可以用于制备医用无纺布、人工肾夹板等高端医疗材料。

3 结束语

聚丙烯是使用广泛的高分子材料，生产工艺成熟、原料价廉易得、产品安全无毒且环境友好，在产品包装、日用品生产、汽车制造、建筑材料、医疗器械等多个领域得到了应用。目前我国大多数聚丙烯生产设备、生产工艺、催化剂仍采用国外技术，应加快聚丙烯生产设备以及工艺的研究，在吸收国外经验的基础上，设计效果更好的聚丙烯生产工艺。同时要加大科研投入，研发性能更加优良，附加值更高的聚丙烯产品，提高我国的核心竞争力。