茂金屬線型低密度聚乙烯結構及應用研究

鞏玉紅

[摘要]本文對茂金屬線型低密度聚乙烯的結構和性能進行了分析研究，并據此闡明其相關應用。

[關鍵詞]茂金屬線型低密度聚乙烯 性能 薄膜

茂金屬聚乙烯是聚乙烯生產技術的一項重要變革，茂金屬聚乙烯是一種性能優異的熱塑性塑料，是聚烯烴工業最重要的技術進展之一。此技術使用茂金屬作為聚合催化劑生產聚乙烯，產品在性能上與傳統催化劑聚合制成的PE樹脂有顯著的不同，制得的茂金屬聚乙烯樹脂具有優良性能和獨特的應用。

1茂金屬線型低密度聚乙烯結構及性能特點

茂金屬線型低密度聚乙烯具有摩爾質量分布窄、共聚單體的分布均勻、聚烯烴微觀結構的立體化控制好等特點。但其加工困難，主要表現在：剪切敏感性低，黏度隨剪切速率的變化不明顯，熔體質量流動速率低，臨界剪切速率低，熔體強度低，容易導致熔體或膜泡破裂，起膜操作難度大和廢品率高等。為改善其性能常與常規PE樹脂共混使用。

1.1與HDPE相容性

茂金屬線型低密度聚乙烯作為一種新型聚乙烯，它比傳統催化劑聚合的聚乙烯在光學性質、力學性質和使用性能上都有所提高。在工業應用上，茂金屬線型低密度聚乙烯因分子量分布窄、支化均勻等特點在加工過程中，剪切變稀作用減弱，熔體強度降低使加工較為困難，可通過加入聚乙烯進行熔融共混，通過對共混熔體的相態分析，熔體相態與體系結晶行為研究，以改變其加工性能。

高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線型低密度聚乙烯由于化學結構均非常相似，使得在熔體中不能直接辨別其相分離與相行為。HDPE、LDPE和EPDM與m-LLDPE可能在熔體狀態是相容的，結晶過程發生了相分離。m-LLDPE的支化程度和支鏈類型對相容性有影響。支化度較低為相容體系，支化度較高為部分相容體系，在m-LLDPE的含量≥50%時，二者是不相容的，HDPE/m-LLDPE共混物在整個組成范圍內是熱力學相容的。純HDPE與分子量較高的HDPE結晶速率相近，m-LLDPE的含量變化對其共混體系Avrami指數n的影響不大;分子量較低的HDPE與m-LLDPE共混體系的Avrami指數n和半結晶時間t1/2隨m-LLDPE含量的增加而增大，結晶速率隨著m-LLDPE含量的增加而下降，表明熔融態的HDPE和m-LLDPE相互之間存在著較強的分子間作用，二者具有一定的相容性。

1.2與LDPE相容性

與傳統的線型低密度聚乙烯相比，m-LLDPE/LDPE是熱力學不相容體系。茂金屬線型低密度聚乙烯在加工時表現黏度較高，是由于雖然其分子量分布較窄，共聚單體在分子鏈中分布均勻，使其具有優良力學性能，但是其分子量比Mw/Mn窄，使m-LLDPE易發生擠出不穩定現象。當擠出速率達到一定臨界值時，茂金屬線型低密度聚乙烯和其他線型聚乙烯一樣，在熔體擠出過程中，擠出物表面會出現準周期性和自相似性的微小峰脊，與鯊魚皮相似，即出現鯊魚皮現象。工藝上常采用調整加工工藝條件，適當添加加工助劑，或者對原材料進行改性等方法來抑制鯊魚皮現象的產生，并保證在較高的擠出速率下得到表面平滑的擠出物，從而提高生產效率，降低能耗。一般對于好的高分子材料，希望其在各個方面都具有優良的性能，比如不僅有良好的耐溫性能、力學性能和專有性能，還要有良好的加工性能，而研發生產一種新的基體材料通常會需要很大投入，相比而言，將兩種或兩種以上的高分子材料共混，使共混物兼具各材料的優點，是一種工業上常用、易實現、性能改善良好的方法。將Mw/Mn較寬的ZN-LLDPE與Mw/Mn較窄的m-LLDPE共混可提高m-LLDPE的Mw/Mn，所以為了延緩或抑制m-LLDPE鯊魚皮現象的產生，可采用Mw/Mn較寬的ZN-LLDPE與Mw/Mn較窄的m-LLDPE共混，同時還可以提高其加工性能。共混物中ZN-LLDPE的用量越高，這種改善作用越明顯。雖然提高加工溫度同樣可以延緩或抑制鯊魚皮現象的產生，提高加工性能，但這種方法在較高y條件下作用不明顯，所以共混更有效。

2茂金屬線型低密度聚乙烯主要應用

2.1傳統膜產品

茂金屬線型低密度聚乙烯生產的產品具有韌性較高、透明性好、抗污染能力和耐穿刺能力強、熱封溫度范圍寬等優點。在改善和提高產品性能、薄膜減薄等方面具有非常明顯的優勢，主要用于生產重包裝膜、保鮮膜、纏繞膜及農用棚膜等薄膜產品。包括：瓶裝水、飲料、罐裝商品、洗手液、清潔劑、保健品以及護膚品所用的收縮包裝薄膜;大宗貨物的托盤包裝;多層手工流涎纏繞包裝薄膜;農用溫室大棚膜;中型及重型包裝袋;以及各種用于食品、非食品的復合軟包裝薄膜。

茂金屬線型低密度聚乙烯在線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯設備上都擁有極寬而且穩定的操作窗口，使其熔體擠出溫度更低，且在較低加工溫度下獲得穩定的膜泡，實現穩定生產，進而提高了效率降低了能耗。用共混配方加工，由于mPE的使用，可以提高產量高達20%左右，從而有效提高生產效益。

2.2 POP膜產品

POP（聚烯烴塑性體），是使用茂金屬催化劑生產的一種高性能C8單體共聚物，在高溫和低溫下均表現出出色的粘合力，優異的光學性能和韌性，卓越的低溫熱封性能（低起封溫度，突出的熱粘和熱封強度），極佳的加工性能和潔凈度（低氣味及析出物），廣泛應用在高附加值復合包裝熱封層（鮮肉、奶酪，各類干食品等），低溫高速FFS充填包裝線和嚴苛包裝領域，設備保護膜（陽光板保護膜、電子設備保護膜等），個人護理、衛生和醫療領域，塑料的改性（如TPE改性）等。

3結束語

據統計，2000年至2015年茂金屬線型低密度聚乙烯的需求在國內的年增長率為30%，到2025年國內年需求量將達500萬噸，占國內線型低密度聚乙烯市場份額的33%0目前我國茂金屬聚乙烯的需求量占亞太總量的50%左右，但樹脂幾乎全部依賴進口，國產企業任重道遠。