薄壁注塑聚丙烯專用樹脂H9018的生產及工藝條件優化

宋德娟

摘要：本文在簡介了蘭州石化聚丙烯廠11萬T/年聚丙烯裝置生產專用聚丙烯樹脂H9018，通過分析其熔融指數（MFR）、等規度等物性參數，提出優化措施：調節H2濃度13～18Nm3/h和成核劑及穩定劑加入量2.500～2.600‰，使MFR為45～60g/10min；調整催化劑m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）在1.0～1.85，使等規度在97%～98%之間，保證產品后加工性能。

關鍵詞：聚丙烯；薄壁注塑；熔融指數；等規度

聚丙烯樹脂H9018是專為薄壁注塑成型技術而設計，具高流動性、高模量、高抗沖性能，適用于食品包裝材料的制造，能提高制造加工速度，縮短成型周期。

一、PP裝置工藝簡介

蘭州石化聚丙烯廠11萬T/年PP裝置采用日本三井油化液相本體法生產工藝技術，以丙烯、氫氣為原料，在主催化劑、三乙基鋁和助催化劑作用下進行聚合反應。生產專用樹脂H9018采用氫調法控制MFR，工藝流程見圖1。

從精制工段來的丙烯與催化劑及H2進入D-201發生聚合反應，反應后的聚丙烯漿液靠壓差送入D-202繼續反應，然后進入D-203進行氣相聚合，從D-203出來的聚丙烯粉料經干燥后由風機送至擠壓造粒工段，通過添加一定量的穩定劑，經熔融混煉造粒，制得高品質聚丙烯產品。

二、工藝優化

1.H2濃度

H9018的MFR是45-60g/10min，通過加氫濃度調整控制。氫調法生產H9018相對其他產品難度較大，因為加氫促使反應激烈，使釜溫、壓力控制較難，并且相互影響。

溫度變化影響氣液平衡，溫度越高，H2在液相丙烯中的摩爾分數越小，反之則大。根據勒夏特列原理，降低液相反應溫度，升高氣相反應溫度，促使平衡正向移動，有利于H9018的生產，但H2進料率調整不能太大，以免打破平衡，影響MFR的穩定性。同時，在控制H2的穩定加入時，還應考慮H2在上下游反應器的流動，通過調整循環氣流量提高H2的擴散度，使MFR增加，同時起到撤熱、降低MFR波動的效果。

因此，結合實際工作經驗，進行以下工藝優化：

（1）當負荷13-14t/h時，H2濃度控制在14-18Nm3/h較好。

（2）提高D-203溫度，降低D-201、D-202溫度，有利于反應，即各釜溫度最佳操作點是71.5℃、63℃和76.5℃。

（3）調大D-203尾氣冷凝器冷凍鹽水量、冷凝器循環水量，保持循環其量分別為6600-6700Nm3/h、4100-4300Nm3/h，有效降低系統熱量及MFR波動。

（4）保證氫氣罐完好及氫氣輔料來源充足、氫氣壓縮機及循環氣壓縮機C-208長周期運行使原料供給穩定，確保儀表準確計量，各反應釜無泄漏。根據實際經驗，若C-208停運，H2無法循環回系統，加入量應提至原來的1.3-1.5倍；若C-208停運，循環分離器排放增多，H2加入量應提高0.4-0.8Nm3/h；對不凝氣的排放，注意夜晚H2加入量較白天多0.2-0.3Nm3/h。

2.成核劑及穩定劑

H9018的結晶溫度高于138℃，彎曲彈性模量超過1800MPa，通過調節擠壓造粒過程中成核劑及穩定劑加入量來進行控制。穩定劑與成核劑的混合不會對成核劑的使用效果造成影響，同時使加入過程均勻穩定，下料順暢。生產H9018所用成核劑是HPN-68L與穩定劑按比例（成核劑28.57%，穩定劑71.45%）共混為復合高剛性穩定劑。

隨著穩定劑加入，彎曲模量逐漸增加，但加入量過小，半結晶周期長，收縮率大，影響產品力學性能，反之成本增加。因此成核劑的加入應保持穩定，加入量在2.5‰～2.6‰之間，產品彎曲模量在1800MPa以上。

此外，擠壓造粒機的平穩運行也影響H9018的生產，為保證造粒機筒體和模板溫度穩定在設定溫度，避免造粒系統切粒過程中出現纏刀、產品降解等現象，需要平穩控制擠出機各段溫度，提高擠出壓力，通?？刂仆搀w進料段和熔化段溫度在230℃，以調整降解劑的充分分解和樹脂的充分熔化，同時保持模板溫度在190～200℃，提高模板前樹脂壓力，確保擠壓造粒機長周期平穩運行。

3.催化劑

催化劑定向能力越高，在丙烯中濃度越高，等規度越高。H9018等規度高，采用主催化劑（Ti）、助催化劑（Al）、給電子體（Si）催化劑體系。

當m（Si）/m（Ti）為0.2～0.28時，H9018等規度變化敏感97%～98%；當m（Si）/m（Ti）大于1時，等規度增長趨于平穩。因此控制m（Si）/m（Ti）在0.2～0.3之間，可保證H9018等規度在97%以上，同時防止H9018漿液黏度過大，避免反應無法控制。

若m（Al）/m（Si）過大，催化劑活性反而降低，導致反應速率逐漸下降，產品的等規度和相對分子量減少；若m（Al）/m（Si）過小，容易導致催化劑中毒，因為不能形成活性中心而無法有效去除原料中有害雜質，從而影響正常生產和操作。因此控制m（Al）/m（Si）在1.00～1.85之間，并根據原料C H情況適當調整，保證等規指數在97%以上。

三、效益核算

當前市場PP均價為10000元/噸左右，而H9018市場報價為11350元/噸，與通用型聚丙烯樹脂T30S市場價格高出450元/噸，若年產3000噸H9018價格約高800元/噸，將增效800×3000=240（萬元）。

裝置負荷在14.5t/h生產J701牌號產品時主催化劑單耗為0.064 Kg/t，而生產專用聚丙烯H9018時，催化劑單耗為0.059 Kg/t，每噸產品節約催化劑用量0.005Kg，主催化劑單價為1282元/噸，催化劑節支：3000×0.005×1282=1.92（萬元）

若全年生產H9018共3000噸，共創造效益240+1.92=241.92（萬元）。

結果僅供參考。

四、結束語

自2010年9月開始生產H9018至今，隨著工藝條件的逐步完善，裝置中控合格率99.8%，產品出廠合格率100%，產品優級品率達97%以上。

優化措施如下：

（1）采用氫調法生產H9018，控制H2濃度13～18Nm？/h，使產品MFR保持45～60g/10min；

（2）通過加入成核劑提高H9018彎曲模量，控制成核劑加入量0.07%，高剛性復合穩定劑加入量2.45～2.60‰，使產品彎曲彈性模量達1800MPa以上；

（3）調整催化劑質量比，即m（Si）/m（Ti）在0.2～0.4和m（AL）/m（Si）控制在1.0～1.85，使產品等規指數在97%～98%之間；

參考文獻：

[1]11萬T/年聚丙烯裝置裝置操作規程

[2]洪定一，聚丙烯-原理、工藝與技術[M]，北京：中國石化出版社，2005.

[3]楊麗，胡清，薄壁注塑聚丙烯專用樹脂的開發及工業化生產[J].甘肅科技，2013年8期.