聚丙烯的聚合工艺和应用.doc

聚丙烯的聚合工艺和应用摘要：简要介绍了聚丙烯的现状及基本特性，综述了了几种常见的聚丙烯的聚合工艺，并对聚丙烯的应用作了总结。关键词：聚丙烯 ；聚合工艺；应用前言聚丙烯(PP)具有价廉、质轻、加工性能好、应用范围广等优点，全球的需求量越来越大，生产能力不断提高。全球PP的生产能力2004年为4.13Mt，2005年达到4.80Mt。近几年PP的生产能力以每年59的速度增长。PP产量和需求量急剧增长的原因主要有3个方面：一是PP材料的性价比高、环境友好；二是生产PP的催化剂和聚合工艺不断进步，提高了PP的性能，使其应用领域不断扩大；三是简化了生产工艺，降低了生产成本。聚合工艺目前PP生产主要采用气相工艺和本体工艺，全球气相工艺和本体环管工艺生产的树脂产量的快速增长对淤浆工艺的产品具有很大的挑战性。进入20世纪90年代以来，淤浆工艺逐步被淘汰。全球PP生产工艺中，Basell公司的Spheri环管气相工艺占主导地位，目前该工艺生产的PP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，世界各地在建和新建的PP装置基本上都采用气相工艺或本体工艺。尤其是气相工艺的快速发展正挑战居世界第一位的Spheripol工艺。据NTH公司称，1997年以来，世界范围内许可的PP新增能力的55都是采用Novolen气相工艺。除以上主要的PP生产工艺外，原Montell公司于20世纪90年代又成功开发了反应器PP合金Catalloy和Hivalloy技术，这两项技术的成功开发为PP的树脂高性能化、功能化以及进入高附加值应用领域创造了条件，现均已实现了工业化生产。另外，Basell公司、Borealis公司等也在PP生产技术方面有所突破。1此外，为了改善聚丙烯性能和扩大应用领域，应用共混技术也是一种有效的途径，通过共混，人们获得了许多性能突出的改性聚合物材料，应用此法大大地拓宽了聚丙烯改性技术，满足了不同应用场合的性能要求。如用各种添加剂、改性剂与聚丙烯共混方法提高聚丙烯塑料的韧性、室温下冲击强度和扩大热变形温度范围；可使聚合物的抗菌、吸水性能、粘合强度大幅度提高。开发各种可染丙纶切片，使制取的聚丙烯纤维染色性能优良。加入成核剂提高聚丙烯的透明性，以生产包装瓶。1.Borstar PP工艺Borealis公司开发的PP新工艺Borstar是一种通用技术，用于生产均聚物、无规共聚物、多相共聚物以及极高橡胶含量的多相共聚物。Borstar PP工艺可生产熔体指数为011200 g10 min的PP。目前所使用的是Ziegler-Natta催化剂，以后将可能使用单中心催化剂Borstar PP工艺可生产刚性更大，更韧及更软的PP，以满足特殊产品的需求，如低蠕变、高熔体强度及优异的光学性能。Borstar PP工艺包括一个环管反应器(在超临界或高温下运行)，并串联个流化床气相反应器。若需要生产多相或高级多相共聚物，可使用气相反应器。由于Borstar PP工艺不限制所用氢气的浓度，因此可直接在反应器中生产极高熔体指数的产品，并可以生产具有定制的相对分子质量分布的多峰品种。Borstar PP工艺的环管反应器和气相反应器可以将大量共聚单体结合进无规共聚物中。通过一个或两个附加的生产橡胶相的气相反应器，可生产橡胶含量高达50的热塑性聚烯烃(TPO)品种，而不需另外的掺混工艺，开辟了在汽车市场的应用潜力_1。首套200 kta工业规模的Borstar PP装置已于2000年lO月在奥地利的schwechat建成投产。22. BP Amoco窒素气相工艺该工艺是在一个专用卧式活塞流反应器中进行气相聚合，采用一种专门开发的高性能催化剂，生产PP均聚物和乙烯一丙烯无规及抗冲共聚物。所用催化剂具有可控的形态、极高的活性和选择性。该工艺能耗低，乙烯一丙烯抗冲共聚物性能优异，过渡料极少，聚合物产量高，且提高了开工率。该工艺简单，因而该技术的最初基建投资少，生产成本低而产品具有均匀性和极好的质量控制能力。目前全球共有5套采用该工艺的PP装置处于运转或建设中，装置生产能力30300 kta。总生产能力近2Mt/a，总运转能力为880kt/a。33.三井油化公司的Hypol工艺由日本三井油化公司与Montedison公司共同开发。用于生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。该工艺使用最先进的高效、高有规立构催化剂，是一种无溶剂、不脱灰工艺，省去了无规共聚物及催化剂残渣的脱除，可生产高品质的PP产品。每千克载体催化剂可生产20000100000kg聚合物，聚合物的全同立构规整度可达98999。聚合物具有窄的和可控的粒度分布，不仅可稳定装置的运转，且作为粒料更易运输。该工艺在全世界共有25套装置处于运转、工程设计或建设中，总生产能力为2Mta。34. Montell公司的Spheripol工艺Spheripol工艺是世界E应用最广的PP生产工艺，全球约35的PP生产能力采用该工艺。Spheripol工艺可生产宽范围的丙烯聚合物，包括均聚物、无规共聚物、三元共聚物、多相抗冲和专用抗冲(乙烯质量分数高达25)共聚物以及高刚性共聚物。产品质量极佳，且基建及运转费用低，每千克催化剂可生产30 000 kg聚合物。该聚合物具有可控的粒度分布，全同立构规整度为9099。目前Spheripol工艺在26个国家共有65套装置运转，总生产能力超过9.5 Mta。另有16套装置处于工程设计或建设中。全球总许可的生产能力超过12 Mta。单线生产能力40300 kta。35. Targor公司的Novolen工艺由Targor的母公司BASF公司开发，使用一个或两个气相搅拌反应器和BASF公司开发与生产的载体催化剂，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物，包括TPO。Targor公司在欧洲共有1.7Mta的PP生产能力。1999年，该公司在德国Wesseling建成一套225 kta的抗冲共聚物生产装置。Targor公司还计划在西班牙Tarra90m建一套225 kta的均聚物生产装置，于2001年投产。全世界采用该工艺的生产能力共4 Mta，装置单线生产能力为60225 kta，共有39条生产线处于运转、工程设计或建设中。36.Union Carbide公司的Unipol工艺该工艺采用一个或两个气相流化床反应器以及SHAC载体催化剂，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。熔体指数、等规度和相对分子质量分布可通过选择适当的催化剂、调整操作条件和添加相对分子质量控制剂进行控制。通过向反应器中加人乙烯或丁烯来生产无规共聚物。乙烯加入到串联的第二反应器中用以生产抗冲共聚物的橡胶相。Unipol工艺简单，投资和运转费用低，污染低，易于操作和维修。可生产熔体指数为0.13000 g10min、全同立构规整度高达99的均聚物，以及最高乙烯质量分数为12或最高丁烯质量分数为14、具有宽熔体流动范围的无规共聚物。可生产抗冲共聚物，产品具有优异的刚性和抗冲击平衡性能。可生产由窄到宽相对分子质量分布的产品，适用于薄膜、注塑、吹塑、挤出及织物应用。到2001年Union Carbide公司Pp生产能力可达725 kta。该公司在美国路易斯安那州的Norco拥有一套SHAC催化剂生产装置，为其Unipol PP工艺许可证获得者供应该类催化剂。全世界共有34套采用该工艺的装置处于运转、建设或工程设计阶段，单线生产能力80260 kta，总生产能力接近6 Mta。37.住友化学公司的气相工艺住友化学公司的气相工艺，目前有两套流化床装置获得许可证。一家是住友在日本的合资企业，另一家是住友化学公司和Phillips公司在美国的合资企业。使用该技术和专利载体催化剂的总生产能力为350 kta。38. Montell公司的Catalloy及Hivanoy技术Montell公司开发了两种生产特别高附加值产品的新技术，即Catalloy和Hivalloy技术。Catalloy是一种基于多单体和多反应器方法的复杂技术，使用不同的催化剂，可生产刚性材料到高弹性材料。现在，用Catalloy技术生产的产品年增长率超过20。目前共建有三套装置，其中两套分别于1991年建在意大利的Ferrara及1992年建在美国Texas的Bayport，通过数次扩能改造，目前每套装置产量在100 kta以上。1997年第三套150 kta的装置在荷兰Moerdijk投入运转。第四套装置计划建在远东。Momell公司的另一种技术Hivalloy工艺正在研究开发之中，目前在北美Bayport有一套68 kta的半工业化装置。Hivalloy工艺的开发使PP成为最好的工程聚合物之一，其耐候性和光泽保留性可与ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)或PC竟争.Hivalloy工艺的产品已成为汽车工业的选用材料，用于安装气囊的汽车侧柱，已通过低温耐冲击试验。4应用70 年代以前, 聚丙烯受其冷脆性、耐老化性和电学性能等的影响, 限制了它的应用范围, 在注塑、纤维和薄膜三大应用领域中, 主要用于加工日用容器、器皿、汽车饰件、编制纤维和一般薄膜。随着聚丙烯性能的改进, 应用范围越来越广 。不仅进入ABS 等工程塑料和聚乙烯应用的一些领域, 而且还在汽车、包装、纺织等领域开辟了新的用途, 占据了其他合成树脂难以匹敌的地位。由于聚丙烯流动性能的改进, 解决了吹塑大型部件的困难, 在汽车保险杠、风扇罩、顶灯罩、汽车挡风玻璃等方面得到应用。从有利于回收材料的角度考虑, 聚丙烯成为汽车制造厂重点选用的材料, 如BASELL 公司在研究全部采用聚丙烯的保险杠, 开发门板和内装饰板。增强聚丙烯在汽车保险杠、油箱、电池槽、空气导管、空调导管等方面的应用占有越来越大的优势, 已上升为汽车领域应用比例最大的合成树脂品种。由于聚丙烯纤维染色技术和无纺布应用技术的突破, 聚丙烯纤维由地毯丝、编制丝、鱼网丝等拓展到装饰、服装、工程以及医药卫生等领域。在包装领域, 聚丙烯双向拉伸薄膜(BOPP) 异军突起,成为各种包装薄膜的有力竞争者。在各类容器中,聚丙烯所占的地位也越来越重要。据报道, 少量(质量分数为2 %5 %) 纳米级的粘土颗粒可以在不明显降低塑料透明度和增加密度的前提下, 改善材料的阻隔性、收缩性、耐燃性和耐翘曲性, 使得到的复合材料的综合性能有巨大改善。聚丙烯纳米塑料用于制造汽车油箱, 成本低于现行的多层阻隔结构的材料。福特汽车公司已经探索了几种方法, 通过混合制取聚丙烯纳米复合材料; 丰田汽车公司中央研究开发实验室用质量分数为5 %的粘土和顺酐改性的聚丙烯低聚物在双螺杆挤出机中得到了聚丙烯纳米复合塑料5 。聚丙烯具有较高的透明度、较好阻隔性和耐辐射性，使其在医疗设备和包装业上具有广泛的应用。医疗级聚丙烯的制造者常常把聚丙烯定位成聚氯乙烯或者其它塑料的竞争者。聚丙烯典型的医疗应用包括透明塑料罩、弹性小袋、注射器、软管、医疗处理器，试管、烧杯和吸管。医用级聚丙烯可以象其它材料一样进行共挤出、吹塑或者制成薄膜。新兴的聚丙烯市场是作为肠外注射营养包装和渗析薄膜。在欧美，医疗用品的辐射消毒已成为一新的消毒工艺。由于辐射消毒灭菌彻底，无污染、无残留；不需加热、操作简单快捷、可连续作业、消毒后的产品可长期保存等特点，它比常规热消毒、化学消毒更优越，广泛应用于医疗器械的灭菌消毒。医疗用品辐射灭菌消毒的种类繁多，包括金属制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料医疗用品等共计上千种，如一次性使用皮下注射器、针头、各种医疗用外科手术刀、各种敷料、医用脱脂棉、卫生纸、妇女卫生用品、儿童保健用品等。另外，还有某些生物组织与生物制剂，如心脏瓣股、血管、神经末梢、角膜、骨骼、硬脑膜、健与血液衍生物，这样可大大减少人群中交叉感染的机会，从而降低发病率。聚丙烯（OPP）珠光膜标签是环保产品，具有印刷色泽鲜明、遮盖力强、卷面滑爽性能良好的特点，特别适用于高速自动贴标机使用，广泛应用于可口可乐、百事可乐等饮料的外包装。用于聚丙烯包装袋上的扎扣，本实用新型涉及包装袋扎扣技术领域，尤其涉及聚丙烯包装袋扎扣技术领域。本实用新型为一空腔管，其两端呈凹弧状。本实用新型构思巧妙，既能扎紧包装袋下料口，又能使操作人员不用刀、剪，轻松解开绳结，操作方便，且可避免聚丙烯碎屑和金属物掉入系统中影响正常生产包装材料和加工方面的发展以及新型 包装设计，都有推行“轻量化”的趋势，发泡塑料则更有助于塑料包装的轻量化。交联发泡PP片材热成型的食品包装容器的耐热性高达130（而发泡PS仅为80），可以在微波炉中使用，而且耐沸水，高温稳定性好，表面感觉舒适而且柔软；其热成型的盘子、碗等在低温性能优于PE及PS，故作一次性包装具有明显的优势。PP在光、热和氧的作用下很容易降解；在PP制品的制造过程中，如不加入抗氧剂等添加剂，PP制品会在阳光下15天左右老化降解碎化成粉粒状。利用PP这一固有的特性，采用发泡PP片材制作的一次性餐具是比较理想的环保餐具。聚丙烯是制造日常用品使用量很大的合成材料，不含氯成份，燃烧时不产生有毒物质，经过一系列处理使聚丙烯具有了吸水性。这种处理的聚丙烯最大能够附自身重量5倍13倍的水分。具有吸水性的聚丙烯能够用来制造婴儿尿布、一次性衣服等生活用