超高分子量聚乙烯研發(fā)概述

姜雪楓（大慶石化公司,黑龍江 大慶 163714）

超高分子量聚乙烯研發(fā)概述

姜雪楓
（大慶石化公司,黑龍江 大慶 163714）

本文論述超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的催化劑體系及聚合工藝，從應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ξ覈叻肿恿烤垡蚁┬袠I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，綜述超高分子量聚乙烯的研發(fā)狀況。我國在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)同時(shí)加大對(duì)適合加工產(chǎn)品所需的技術(shù)及設(shè)備，以及相關(guān)催化劑研發(fā)工作。

聚乙烯；超高分子量；催化劑；聚合工藝

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種新型的熱塑型工程塑料，ASTMD4020和ISO11542定義的超高分子量聚乙烯平均分子量分別為大于310萬和100萬。高分子量使其具有優(yōu)良的性能，其耐沖擊、耐磨、吸收沖擊能、衛(wèi)生無毒、密度較小、自潤滑、不易粘附等綜合性能為普通聚乙烯和其它工程塑料所不可比。可廣泛應(yīng)用于紡織、建筑、交通、國防等諸多領(lǐng)域。

1 催化劑及聚合工藝

1.1 催化劑

目前超高分子量聚乙烯聚合用催化劑主要包括傳統(tǒng)Z-N催化劑、茂金屬催化劑、非茂金屬催化劑等。

（1）Z-N催化劑。Z-N催化劑是超高分子量聚乙烯生產(chǎn)最主要的催化劑之一。三井株式會(huì)社通過間歇淤漿聚合方法制取的催化劑，其堆積密度達(dá)到0.30g/cm3之高。R.Jamjah等發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用傳統(tǒng)Z-N催化劑，隨著Al/Ti摩爾比的增加，所得產(chǎn)品粉末的相對(duì)分子質(zhì)量是不斷降低的。R.L.Jones Jr等人通過氣相聚合，在反應(yīng)釜聚合得到相對(duì)分子量高達(dá)5.6×106，而且顆粒均勻的粉末。

（2）茂金屬催化劑。該催化劑的高活性、單一活性中心的特點(diǎn)，使其能有效控制共聚物分子結(jié)構(gòu)，使乙烯與位阻較大烯烴的共聚得以實(shí)現(xiàn)。Dow公司的方法是，采取強(qiáng)Lewis酸化合物處理，首先得到高效陽離子催化劑，再用該劑生產(chǎn)，解決了窄分子量分布和產(chǎn)品加工性能之間的矛盾。日本三菱公司則聯(lián)合Exxon公司，通過氣相工藝制取了Exxpol茂金屬催化劑，有40余個(gè)牌號(hào)。

（3）非茂金屬催化劑。近年，非茂金屬催化劑研發(fā)亦十分活躍，對(duì)這類催化劑制取產(chǎn)品進(jìn)行分析，結(jié)果表明所制取的聚烯烴表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。Equistar公司已經(jīng)開發(fā)了能生產(chǎn)窄分子量分布和組成范圍的非茂金屬催化劑。用此催化劑生產(chǎn)出的產(chǎn)品的透明度較高、抗沖擊性能優(yōu)良，而且加工容易。另外該類催化劑具有合成產(chǎn)率較高、成本降低、相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展為聚合催化劑的新關(guān)注點(diǎn)，超高分子量聚乙烯工業(yè)定然與這幾種催化劑共同發(fā)展。

1.2 聚合工藝

超高分子量聚乙烯的聚合工藝只有兩種：氣相工藝與淤漿工藝。因?yàn)榱骰膊僮鞔嬖诙氯蜔狳c(diǎn)和催化劑的研發(fā)問題，該操作很不易于控制，所以氣相法生產(chǎn)工藝目前還不能系統(tǒng)的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中；淤漿工藝主要分為環(huán)管工藝和攪拌釜工藝，超高分子量聚乙烯中約有三分之二是采用連續(xù)攪拌釜聚合工藝。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 用于內(nèi)襯材質(zhì)

優(yōu)異的抗沖擊性能、耐磨性能、不黏附性、自潤滑性、衛(wèi)生無毒等特點(diǎn)，使得超高分子量聚乙烯可被廣泛應(yīng)用為各種內(nèi)襯材質(zhì)。如用于斗式提升機(jī)的進(jìn)料口和出料口的接料擋板及內(nèi)襯板，以降低物料的破碎，并降低機(jī)筒磨損；用于刮板輸送機(jī)的塑料托輪、耐磨導(dǎo)軌條，還可以作為刮板及機(jī)殼耐磨襯板，設(shè)備綜合性能得以提高；用于煤倉內(nèi)壁襯板，煤倉壁磨損快和堵料的問題很容易便得以解決；另外，還可以用于汽車蓄電池隔板。

2.2 管道材質(zhì)

該材料不僅具有優(yōu)秀的自潤滑性、耐腐蝕性、耐磨性、無毒性等優(yōu)點(diǎn)，還兼具內(nèi)壓強(qiáng)度高、耐低溫、不結(jié)垢、耐沖擊、輕便、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)于一身，從而氣體、液體以及固體物質(zhì)，均可以通過該材料管道來輸送。輸送氣體涵蓋天然氣、煤氣、燃?xì)獾龋奢斔鸵后w也涵蓋相當(dāng)廣泛，如農(nóng)藥、海水、石油、油脂、水煤漿等均可輸送，可輸送的固體含礦粉、糧食、粉煤灰等多種多樣，還可輸送玻璃、化纖、建材等。

2.3 高性能型材

為降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的使用和安全性能，可以使用該材料加工各式各樣的齒輪、軸套、軸瓦、滾輪等，而且，其應(yīng)用還不止于此，例如在紡織行業(yè)中打梭棒、連接器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套等，幾乎所有部件都可使用此材料，另外可用做擺動(dòng)后梁齒輪、凸輪、彈棉機(jī)、皮結(jié)、軸承襯瓦、皮結(jié)蓋板、緩沖器擋板、滾輪，來承受相當(dāng)可觀的力量。

2.4 用于安保方面

國防、航天航空等方面也可大量使用超高分子量聚乙烯，用作頭盔、防彈衣、輕型車輛、甚至用于坦克裝甲以及纜繩等領(lǐng)域，其上佳的耐沖擊、耐磨性足以抵御炸彈。

2.5 薄膜板材

1mm以下厚度的材質(zhì)，令人難以想象，被用來做煤倉底墊，這種薄膜板材具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，用于接觸腐蝕性溶液和溶劑的環(huán)境完全勝任，這當(dāng)然得益于其集抗腐蝕性、耐溶劑、耐磨損性、耐離子聚積性和耐沖擊性于一身的特點(diǎn)。另外，也完全可以用作食品藥品包裝。

2.6 用于醫(yī)學(xué)臨床

隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)人工髖關(guān)節(jié)的髖臼、人工膝關(guān)節(jié)的襯墊，以及血液泵、組織支架等提出更高要求，在不斷篩選各種材質(zhì)之后，醫(yī)學(xué)界將目光投向了具有優(yōu)良的生物相容性的超高分子量聚乙烯。目前，醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用已取得很大成功，例如人工髖關(guān)節(jié)髖臼部件，保證金屬或陶瓷材質(zhì)股骨頭的往復(fù)、旋轉(zhuǎn)有充分活動(dòng)空間；用作人工膝關(guān)節(jié)襯墊，承受骨骼間的摩擦；用作長期使用的血液泵材料；用作組織支架，和堆積成型技術(shù)相結(jié)合，制備如人耳組織支架等形狀復(fù)雜的多孔支架。

3 結(jié)束語

就當(dāng)前技術(shù)水平而言，世界范圍內(nèi)的技術(shù)難題，仍然是超高分子量聚乙烯的加工，因?yàn)橐延械牟捎米⑺芎蛿D出等方法加工的，絕大多數(shù)都僅限于較低分子量聚乙烯的加工。相信隨著催化劑技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品加工技術(shù)的改進(jìn)，在生產(chǎn)和應(yīng)用方面，超高分子量聚乙烯定會(huì)實(shí)現(xiàn)突破，消費(fèi)量亦必將持續(xù)增加。

[1]王麗紅.超高分子量聚乙烯管材的制備及應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用,2007(03).

[2]朱西華.超高分子量聚乙烯UHMWPE板運(yùn)用于儲(chǔ)運(yùn)煤倉[J].中國西部科技,2007(01).

[3]牟發(fā)章.超高分子量聚乙烯薄膜需求增長[J].塑料,2009(04).