茂金屬聚乙烯產(chǎn)品表征、膜性能及應(yīng)用

劉衛(wèi)東，白 鴻

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茂金屬聚乙烯產(chǎn)品表征、膜性能及應(yīng)用

劉衛(wèi)東，白 鴻

（沈陽石蠟化工有限公司，遼寧 沈陽 110141）

通過介紹茂金屬聚乙烯產(chǎn)品的表征結(jié)果，說明了茂金屬聚乙烯產(chǎn)品與齊格勒-納塔催化聚乙烯產(chǎn)品相比具有獨(dú)特分子量分布和分子組成分布，進(jìn)而解釋了茂金屬聚乙烯膜制品所具有的基本性能，并介紹了茂金屬聚乙烯產(chǎn)品的典型應(yīng)用。

茂金屬；膜性能；表征

1991年Exxon公司首次采用茂金屬催化劑生產(chǎn)了LLDPE，標(biāo)志著茂金屬催化聚烯烴進(jìn)入工業(yè)化階段。茂金屬催化劑的開發(fā)和應(yīng)用是聚烯烴生產(chǎn)中的一次重大革新，它使聚烯烴分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，因此茂金屬聚烯烴的性能得到顯著的提高。現(xiàn)在茂金屬聚合物產(chǎn)品主要有茂金屬聚乙烯、茂金屬聚丙烯和茂金屬聚苯乙烯，應(yīng)用前景十分看好。下面以茂金屬聚乙烯（mLLDPE）產(chǎn)品與齊格勒-納塔催化劑聚乙烯產(chǎn)品（Z-NLLDPE）對(duì)比來說明茂金屬產(chǎn)品的特點(diǎn)。

1 茂金屬聚乙烯共聚物的表征

1.1 分子量分布（圖1）

凝膠滲透色譜 (GPC)曲線顯示：熔融指數(shù)相同情況下，茂金屬聚乙烯分子量分布更窄。

1.2 分子組成分布（圖2）

用結(jié)晶分級(jí)分析儀得到mLLDPE和 Z-NLLDPE的組成分布：mLLDPE顯示其高共聚單體含量（在低溫區(qū)非晶部分并且發(fā)粘）分子數(shù)量較少；低共聚單體含量（在高溫區(qū)類似均聚物）分子數(shù)量較少。

圖1 mLLDPE和Z-N催化共聚物 GPC曲線

圖2 mLLDPE和Z-N催化共聚物組成分布曲線

茂金屬顯示了多重結(jié)晶行為─也許是分子間結(jié)晶也許是分子內(nèi)結(jié)晶─由于組成分布均一，不同的結(jié)晶得以區(qū)分，才顯示了更多的結(jié)晶細(xì)節(jié)。圖2顯示mLLDPE茂金屬的分子組成分布更窄。

1.3 流變性

在190 ℃用標(biāo)準(zhǔn)震蕩剪切和毛細(xì)管剪切測(cè)量mLLDPE和Z-NLLDPE的粘度與剪切頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖3顯示mLLDPE在低頻是牛頓流體，在高頻下粘度變稀，這是分子量窄分布共聚物的特點(diǎn)。

圖3 mLLDPE和Z-N催化共聚物剪切頻率與粘度的關(guān)系

Z-NLLDPE則在整個(gè)剪切頻率范圍內(nèi)粘度變稀，這表示Z-N共聚物分子量分布更寬。

上面從三個(gè)側(cè)面描述了茂金屬聚乙烯產(chǎn)品的分子結(jié)構(gòu)特征，即與齊格勒-納塔催化劑聚乙烯產(chǎn)品相比分子量分布更窄，分子組成分布更窄。如圖4。

圖4 兩種大分子示意圖

2 膜的特性

2.1 落錘沖擊強(qiáng)度

沖擊強(qiáng)度─mLLDPE比Z-NLLDPE高很多。因此密度相同時(shí)mLLDPE的抗穿刺性高于Z-NLLDPE膜。

需要說明的是mLLDPE落錘沖擊強(qiáng)度受密度度影響是非線性的，圖5只是在很小的一段密度范圍內(nèi)落錘沖擊強(qiáng)度的變化，因此顯示線性。

圖5 落錘沖擊強(qiáng)度與密度的關(guān)系

2.2 撕裂強(qiáng)度（圖6）

圖6 茂金屬共聚物縱向撕裂強(qiáng)度與密度關(guān)系

縱向撕裂強(qiáng)度在密度0.920 g/cm3處有最大值。

2.3 屈服點(diǎn)處拉伸強(qiáng)度（圖7、8）

圖7 茂金屬共聚物縱向拉伸強(qiáng)度與密度關(guān)系

圖8 密度與橫向拉伸強(qiáng)度關(guān)系

Fig.8 TD Tensile at Yield vs. density for mLLDPE Copolymers

在屈服點(diǎn)處縱向和橫向拉伸強(qiáng)度與密度線性關(guān)聯(lián)很好

2.4 密封性能（圖9）

圖9 粘結(jié)強(qiáng)度與密封溫度

MLLDPE膜總體上顯示了杰出的密封性能:密封起始溫度低、熱粘結(jié)強(qiáng)度高、寬密封溫度范圍、高密封強(qiáng)度。杰出的密封性能是由更均一的共聚單體分布決定的。

總之，mLLDPE與 Z-NLLDPE膜材料相比：

抗沖擊性大幅提高；

抗穿刺性大幅提高；

模量相當(dāng)；

極限拉伸強(qiáng)度提高；

斷裂伸長率相當(dāng)；

密封性大幅提高。

3 典型應(yīng)用

3.1 重包裝袋

重包裝袋要求具有高強(qiáng)度和韌性，對(duì)油脂和水有好的阻隔性能，低摩擦系數(shù)。其它重要性能包括高蠕變強(qiáng)度、耐摩、密封性能。生產(chǎn)重包裝袋，Z-NLLDPE樹脂可以單獨(dú)使用，也可以和mLLDPE共混使用， mLLDPE 可以提供高強(qiáng)度，可以使膜減薄，使生產(chǎn)成本降低。mLLDPE與中等分子量高密度聚乙烯共混(MMW-HDPE)有很多高端應(yīng)用，隨著(MMW-HDPE)增加，硬度和抗蠕變強(qiáng)度增加，耐用性降低。

3.2 罐裝襯里

mLLDPE樹脂優(yōu)越的膜性能，包括韌性,如穿刺,耐沖擊,抗拉強(qiáng)度高等特性。這使得 mLLDPE樹脂在罐頭內(nèi)涂層領(lǐng)域成功的應(yīng)用，以前只有更高的α-烯烴共聚物才能適用這一領(lǐng)域。

3.3 拉伸纏繞膜

膜在纏繞力量下拉伸，然后像橡皮帶那樣保持作用力，把貨物捆扎在一起，便于運(yùn)輸，也防風(fēng)防雨。拉伸纏繞膜需要一些重要性能，主要是附著性、收緊力的保持性、抗穿刺性和拉伸性。

一般用復(fù)合共擠出工藝生產(chǎn)拉伸纏繞膜，先進(jìn)的生產(chǎn)線可以做到5層共擠。用茂金屬PE替代Z-N樹脂可以減少樹脂用量。調(diào)整復(fù)合擠出量可以達(dá)到最佳性能，并且能夠降低成本。

3.4 軟包裝

mLLDPE 樹脂作為強(qiáng)度層和密封層已經(jīng)在包裝領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。mLLDPE 與Z-N樹脂相比具有低密封起始溫度和高熱粘合力以及寬密封范圍，除了普通包裝領(lǐng)域，還可以用于包裝液體，如飲料、冰袋等。

茂金屬聚乙烯還有其它應(yīng)用例如農(nóng)膜、層壓膜、熱收縮膜等等。

4 結(jié)束語

茂金屬催化劑因其生成的聚合物分子量分布窄，共聚物組成分布窄，結(jié)構(gòu)可控等特點(diǎn)，成為繼高效載體型催化劑之后的新一代聚烯烴催化劑。由茂金屬催化劑生產(chǎn)的聚烯烴性能不僅較傳統(tǒng)聚烯烴有大幅度提高，而且部分茂金屬聚烯烴的性能已經(jīng)延伸到特種工程塑料的性能領(lǐng)域。

Characterization, Film Property and Application of Metallocene Polyethylene Products

，

(Shenyang Paraffin-wax Chemical Co., Ltd, Liaoning Shenyang 110141, China）

Characteristics of metallocene polyethylene products were introduced. Compared with Ziegler-Natta polyethylene product,unique molecular weight distribution and molecular composition distribution of metallocene polyethylene products were discussed, then basic properties of metallocene PE film products were analyzed, and typical application of metallocene PE products was introduced.

Metallocene; Film property; Appearance characteristic

TQ 324

A

1671-0460（2014）06-0904-03

2014-05-27

劉衛(wèi)東（1968-），男，高級(jí)工程師，碩士，黑龍江齊齊哈爾人，1993年畢業(yè)于吉林大學(xué)研究生院高分子化學(xué)與物理專業(yè)。 研究方向：從事聚氯乙烯和聚乙烯的開發(fā)與生產(chǎn)工作。E-mail：lwed68@sina.com。