聚丙烯生产工艺中的产品质量控制分析
2020-02-18中海石油中捷石化有限公司沧州市061100司希河
（中海石油中捷石化有限公司，沧州市，061100） 司希河
近年来，随着我国工业的不断发展，对于聚丙烯的需求量不断的增加，虽然国内的产能在逐渐上升，但是仍然供不应求。我国在聚丙烯工业生产方面最早始于上世纪七十年代，经过数十年的发展，目前聚丙烯的生产主要以溶剂法、气相法、间歇式相本体法等生产工艺为主。但是无论是哪种生产工艺关于检测聚丙烯产品质量的指标基本一致，其中关键性的指标主要包括溶体流动速率、回粉含量、表观密度、等规度、力学性能、分子量分布以及热血性能等。在聚丙烯产品的生产过程中需要对这些方面对产品质量进行有效的控制，才能确保聚丙烯产品质量符合标准。
1 等规度
按照聚丙烯中支链原子分布的位置，可以将聚丙烯分为三种类型，分别是等规立构、无规立构以及间规立构，所谓等规度即是等规立构聚丙烯在聚丙烯产品中的含量[1]。等规度主要表示的是聚丙烯分子立体规整度，同时也能反映聚丙烯产品结晶度，结晶度与等规度之间是正比例关系，结晶度随着等规度的增加而增加。而结晶度越高则聚丙烯产品的耐热性能、密度、硬度、熔点以及拉伸性能也越高，但是产品的冲击强度会随之下降，尤其是低温条件下，冲击强度的下降幅度极为明显。
在聚丙烯产品的生产过程中为了确保产品质量，对于聚丙烯产品的等规度要进行严格的控制，一般主要从活化剂、催化剂以及原材料这几方面进行控制。其一是活化剂，活化剂主要是用来聚丙烯原材料当中的杂质，保证催化剂可以有效发挥作用，所以适当的提高活化剂的剂量可以使聚丙烯产品等规度也随之提高。但是在实际生产过程中要注意控制活化剂的剂量，不同用途的聚丙烯产品对于等规度的要求不同，并且活化剂的使用也有剂量限制，工作人员需要合理控制。其二是关于催化剂的使用，在聚丙烯产品生产过程中催化剂是直接影响产品等规度的因素，一般催化剂的定向能力越强则产品等规度越高[2]。因此，在生产过程中可以根据产品的实际需要强化催化剂的定向能力，促使产品等规度提升。其三是源于聚丙烯的原材料方面，聚丙烯的原材料当中含有多种杂质，杂质会影响催化剂作用的发挥，因此，如果要提升聚丙烯产品的等规度需要进行原材料进行彻底净化，清楚原材料当中的硫化物、一氧化碳以及氮氧化合物等。
2 表观密度
聚丙烯表观密度指的是聚丙烯产品表观体积与质量的比值，产品的表观密度与粒料堆积密度之间为反比例关系，粒料堆积密度随表观密度的变大而变小，因此，产品表观密度越大则聚丙烯产品越便于包装运输。此外，聚丙烯产品的表观密度还可以反映产品的流动性能、颗粒状态，在实际生产过程中，产品的标贯密度越大产品的流动性能越好，便于进行后续的深加工。影响聚丙烯产品标贯密度的因素主要有聚丙烯颗粒状态、大小以及产品表面性质，一般呈圆球形的颗粒表观密度较大，大小分布相对比较宽的表观密度较大[3]。而影响这两种因素的主要是生产过程中使用的催化剂，一般催化剂性能越好则生产出来的聚丙烯产品颗粒形态越圆，大小越均匀，因此，影响聚丙烯产品表观密度的主要因素是催化剂，比如使用SHACTM501 所生产的聚丙烯产品颗粒形态一般不规则，大小也不均匀，其 表 观 密 度 大 致 在285～315kg·m-3。 使 用SHACTM601催化剂所生产的聚丙烯产品颗粒形态一般颗粒形态为比较规则的球状，大小也比较均匀，其表观密度大致在330～360kg·m-3。
3 分子量分布
聚丙烯本质上是由结构组成相同但是分子量分布不同的高分子混合物聚集而成的，分子量分布主要反映的是聚合物当中分子量分散程度，通常以Mw/Mn 表示（Mw 表示重均分子量，Mn 表示数均分子量），二者比值越小则说明聚合物分子量分布均一，二者的比值越大则说明聚合物分子量大小不一。聚丙烯产品分子量分布指标主要影响的是聚丙烯产品的加工性能和机械性能，如果是用于注塑产品，分子量分布越宽则加工性能就越好，但是与此同时产品的拉伸强度会下降，拉伸率缩小。如果是纤维级聚丙烯一般要求产品分子量分布略小一些，这有助于提升产品的纤维质量。
影响产品分子量分布指标的主要因素也是催化剂，此外，Al/Ti、聚合温度等因素也会对分子量分布产生影响[4]。在一定温度条件下，聚合温度越高分子量分布越窄，二者呈反比例关系，当Al/Ti 处于较低值时，助催化剂的浓度上升，产品分子量分布会变窄，但是当Al/Ti 值升高到一定程度时，无论助催化剂的浓度如何变化几乎不会对产品分子量分布产生影响。
4 熔体流动速率
所谓熔体流动速率主要是聚丙烯处于熔融状态时衡量其流动性能的指标，聚丙烯的流动性能与熔体流动速率之间为正比例关系，聚丙烯的流动性能随熔体流动速率的增加而增加。聚丙烯流动性能主要衡量其加工性能，同时也是聚丙烯产品质量的重要衡量指标。熔体流动速率用MFR表示，指的是在230℃、载重2 160g 的条件下，每10min 通过标准口模的重量，单位为g·（10min）-1。一般来说MFR越高则聚丙烯产品的流动性能越好，其加工性能也就越好，如果聚丙烯材料在后续需要进行深加工则需要在生产过程中提升其熔体流动速率。
目前，在聚丙烯生产过程中已经确定的可以影响聚丙烯熔体流动速率的原因包括聚丙烯原材料、催化剂的性能、生产工艺以及加氢控制等，这些因素都对产品熔体流动速率或多或少产生影响[5]。在实际生产过程中，可以采用降解法和氢调法来控制产品的熔体流动速率，氢调法主要是采用性能优良的催化剂来规范聚合工艺，同时加入适量氢气，用以调节分子质量，从而达到调节聚丙烯产品熔体流动速率的目的。降解法主要是利用过氧化物和聚丙烯的反应进行降解处理，以达到提升聚丙烯产品熔体流动速率的目的。这两种调节方式各有优劣，具体需要根据实际生产情况确定。
5 结语
综上所述，在聚丙烯产品生产过程中影响产品质量的因素相对较多，本文主要具体分析了熔体流动速率、表观密度、等规度以及分子量分这四项指标，并提出了调节这几项指标的方法。但是在实际生产过程中影响聚丙烯产品质量的因素相对较多，仍需要研究人员进一步研究。
