瓶蓋專用樹脂 HDPE 5603JP的開發

劉彬彬

（中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司生產運行處，黑龍江省大慶市 163714）

近幾年，我國瓶裝飲料年銷量平均年增長率達21%，列亞洲各國前茅。根據市場調研，國內市場對瓶蓋專用樹脂的需求在50 kt/a以上，主要依賴進口，僅華東地區對瓶蓋料的需求就達到萬噸以上，并且保持以年均5%的速度增長。

中國石油大慶石化分公司（簡稱大慶石化公司）高密度聚乙烯（HDPE）裝置采用日本三井油化專利技術低壓己烷漿液法工藝,以乙烯為主要原料，丙烯或1-丁烯為共聚單體，氫氣為相對分子質量調節劑，采用鈦系齊格勒-納塔型高效催化劑，通過調整聚合工藝條件及聚合釜串、并聯方式調節HDPE樹脂產品性能，可生產注塑、擠塑、吹塑等產品。2011年1月，大慶石化公司通過調整HDPE裝置C線共聚單體1-丁烯加入比例等工藝條件，生產出符合國家食品包裝用產品HDPE瓶蓋專用樹脂 5603JP，并在2012年2月13—16日進行擴大生產，完成了72 h生產標定。

1 生產工藝

1.1 原料

乙烯，聚合級，純度為99.95%；1-丁烯，純度為99.0%；氫氣，純度為95.0%：均為大慶石化公司生產。

主催化劑BCE，粒徑5～10 μm，鈦質量分數為5.0%～7.0%，催化劑活性小于或等于30 000 kg/kg，中國石油化工股份有限公司催化劑北京奧達分公司生產。助催化劑三乙基鋁，總鋁質量分數大于或等于22.80%，三乙基鋁質量含量大于或等于96.00%，營口市向陽化工廠生產。

1.2 技術指標控制

HDPE 5603JP產品的生產過程采用并聯A生產方式。通過前期研究并結合大慶石化公司HDPE 裝置生產工藝情況，制定出HDPE 5603JP產品質量指標（見表1）。

表1 HDPE 5603JP產品質量指標Tab.1 Product quality indices of HDPE 5603JP

根據聚合釜內HDPE樹脂MFR和釜內n（H2）/n（C2H4）的關系以及MFR和催化劑濃度之間的關系，確定聚合釜催化劑濃度為0.022 mmol/L，釜內n（H2）/n（C2H4）為1.30～1.50；根據回歸的聚合釜HDPE 的MFR、密度、共聚單體的關系曲線及對相對分子質量分布的要求，確定了聚合的主要操作條件為溫度85 ℃、壓力0.4～0.6 MPa，共聚單體1-丁烯與乙烯質量比為0.007。

2 生產過程及控制

2012年2月，對大慶石化公司HDPE裝置C線進行了HDPE 5603JP的工業化生產標定。標定時間72 h，共生產產品635 t，各項質量指標全部達到要求。

2.1 聚合工段

在生產HDPE 5300E電纜料的基礎上生產HDPE 5603JP瓶蓋專用樹脂，聚合工段需要進行反應釜串并聯切換和物料組分調整，通過改變生產流程和控制主催化劑BCE、助催化劑三乙基鋁、共聚單體1-丁烯和氫氣進料量，盡快將聚合工段生產工藝參數調整并穩定控制在各項指標范圍內。具體生產工藝參數見表2。

表2 HDPE 5603JP生產工藝參數Tab.2 Production process parameters of HDPE 5603JP

瓶蓋專用樹脂屬于食品包裝類樹脂，對氣味等衛生性能要求較高，通過調整生產過程中母液返回聚合的比例小于50%，成功解決了產品的氣味問題。

2.2 添加劑的配制

先在添加劑混合器中將硬脂酸鈣與氟彈性體按質量比2∶1混合，然后按1.5‰的比例通過計量秤將混合后的硬脂酸鈣與氟彈性體加入合成的粉末樹脂中，再通過連續助劑混合器將混合物注入混煉機中參加造粒。

2.3 造粒工段

造粒系統運行負荷9.5～10.0 t/h，每間隔4 h對HDPE 5603JP顆粒的MFR與密度進行分析。結果表明：在穩定控制聚合工段運行參數的前提下HDPE 5603JP產品的MFR穩定控制在2.5～4.0 g/10 min，密度穩定控制在0.954～0.958 g/cm3。72 h標定期間第1202046批次產品MFR、密度等實際性能參數見表3。

表3 HDPE 5603JP實際產品性能Tab.3 Test results of the product properties of HDPE 5603JP

3 產品性能

從表4可以看出：HDPE 5603JP產品在整體性能上與進口產品性能相當，個別指標（如懸臂梁缺口沖擊強度、拉伸屈服強度）優于進口產品。

表4 5603JP與進口產品性能對比Tab.4 Property comparison between 5603JP and the imported products

4 加工試驗

2011—2012年，HDPE 5603JP產品在杭州農夫山泉公司茶園工廠、廣東東莞金富實業有限公司進行了加工應用試驗。結果表明：HDPE 5603JP在產品尺寸控制方面可與進口B樹脂媲美。HDPE 5603JP加工后的產品經自然冷卻、水煮冷卻后無異味，且在日曬條件下也無異味，表明瓶蓋專用樹脂HDPE 5603JP的衛生性能達到產品的應用要求。瓶蓋產品在常溫和低溫條件下從2.0 m高度跌落均無爆裂，瓶蓋中心垂直方向及邊緣90°，45°方向進行抗沖擊實驗產品無爆裂。這表明HDPE 5603JP生產的瓶蓋制品各項性能均滿足用戶要求，并且樹脂達到了GB 9691—1988《食品包裝用聚乙烯樹脂衛生標準》的各項指標要求，可滿足食品加工廠家對原料的衛生要求。

5 結論

a）確定了HDPE 5603JP的技術指標,其中MFR為2.5～4.0 g/10 min,密度為0.948～0.954 g/cm3。

b）通過對聚合工藝、共聚單體及穩定劑配方的調整與改進，使HDPE 5603JP樹脂的衛生性能指標達到國家標準要求，產品質量指標達到企業標準要求。于2012年2月完成工業化標定，共計生產635 t產品，生產過程穩定，產品MFR、密度平穩，各項性能均達到了指標要求。

3）產品的加工性能較好，適宜制作瓶蓋類制品，制品的性能優良。

[1] 厲蕾，左逢興，戈新生，等.塑料技術手冊[M].北京：化學工業出版社出版，1996：50-55.

[2] 柏基業，應麗英，徐宏彬. 聚丙烯瓶蓋樹脂的中試開發和工業化生產[J]. 合成樹脂及塑料，2009，26（5）：13-16.