聚丙烯產品的性能及其應用進展

趙建光，高 杰

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西榆林 718500）

1 聚丙烯產品生產工藝介紹

20世紀50年代，就開始了聚丙烯合成工藝的研究。從最傳統的溶劑聚合法（又稱泥漿法），改良為更為先進的溶液聚合法，發展到目前的液相本體、氣相本體聚合法，隨著生產工藝的不斷發展，最原始的溶劑聚合法，目前工業中已不再使用?？v觀全球聚丙烯先進的生產工藝，目前Basell公司每年生產的聚丙烯超過全球總產量的50%，其主要采用Spheripol 雙環管氣相聚合工藝；此外，由Basell公司率先開發并投產的 Spherizone 聚丙烯合成工藝、北歐化工公司開發并投產的Borstar聚丙烯合成工藝均得到了普及應用。

1.1 Spheripol工藝

Basell 公司研發并投入運營的Spheripol 雙環管氣相聚丙烯技術是目前經驗最豐富的新型聚丙烯合成工藝，與傳統生產工藝相比，生產的聚丙烯產品質量更好、產量更大。共經歷了四代催化劑的改良，目前已形成雙環管結構的聚丙烯合成反應器，在此工藝的基礎上生產出了多種優良的聚丙烯產品。雙環管結構可以通過改變合成工藝中的壓力，得到性能更優良的聚丙烯產品，實現了對聚丙烯大分子質量以及聚丙烯大分子形態的調控；經多次改良后得到的第四代催化劑，催化生成的聚丙烯產品純度更高，機械性能更好，具有更高的耐磨性能；由于使用了雙環管反應結構，可以更方便生產操作；提高了反應壓力，所以整個生產工藝中氫氣含量增加，在一定程度上改良了聚丙烯產品的各項性能；同時，基于雙環管結構的優良特性，能夠生產相對質量更高的大分子，以及質量更小的聚丙烯產品，使生產出的聚丙烯產品分子質量分布范圍更大，且得到的聚丙烯產品更加均質；這一結構能更好地促進反應物料之間的傳熱，如果結合目前更為先進的茂金屬催化劑，未來將會制備出性能更加優良的聚丙烯產品。雙環管反應器結構使得生產效率提高，使生產過程變得更加便捷靈活，在一定程度上提高了聚丙烯產品的產量。

1.2 Spherizone工藝

由于目前雙峰聚丙烯市場需求量的不斷上漲，所以Basell公司開發出了全新的生產工藝。Spherizone 工藝主要用于雙峰聚丙烯的生產，該生產工藝最主要的創新之處就是在同一個反應器中，將反應器進行分區，可以單獨調控每個反應區內的反應溫度、反應壓力以及氫氣濃度，在合成聚丙烯時，在聚丙烯分子鏈不斷增長的過程中，在生產條件不同的、生產條件可控的反應區內進行循環，一方面合成了性能更加優良的雙峰聚丙烯，另一方面，得到的聚丙烯產品均勻性更好。

1.3 Borstar工藝

Borstar聚丙烯合成工藝是北歐化工在Basell公司的聚丙烯合成工藝的基礎上，在雙環管結構反應器的基礎上，同時串聯氣相流化床反應器，由此生產出了性能更加優良的聚丙烯產品。在此之前，所有的聚丙烯合成工藝將反應溫度控制在70℃左右，避免生產過程中氣泡的產生，使聚丙烯產品更加均質。而北歐化工設計的Borstar的工藝，允許更高的操作溫度，甚至可以超過丙烯操作的臨界值，溫度的提高也促進了操作壓力的提升，并且該過程中幾乎不產生氣泡，是一種性能更為優良的聚丙烯合成工藝。目前該工藝的特點概括如下：第一，催化劑活性更高；第二，在雙環管反應器的基礎上串聯了氣相反應器，能夠對合成大分子的分子質量以及大分子形態進行更便捷的調控；第三，在進行雙峰聚丙烯的生產時得到的每個峰都能實現較窄的分子質量分布，雙峰產品質量更好；第四，提高了操作溫度，避免了聚丙烯分子溶解于丙烯的現象，不會出現聚丙烯產品粘連在反應釜內壁的情況。

2 聚丙烯應用進展

聚丙烯（Polypropylene）由于其生產工藝成熟、原料價廉易得、產品安全無毒且環境友好，在產品包裝、日用品生產、汽車制造、建筑材料、醫療器械等多個領域得到了應用。由于目前人們對于綠色生活的追求，對環境保護提出了更多要求，聚丙烯因此替代了很多環境友好性不佳的材料。

2.1 管材用聚丙烯產品開發

無規共聚聚丙烯管，又稱PPR，是目前需求量較大的聚丙烯產品之一，機械性能良好，抗沖擊能力強，以其作為原料制備的管材，機械強度高，質量輕便，耐磨耐腐蝕、方便進一步加工。由于其可以承受高溫熱水，根據質量檢測使用壽命較長，產品質量好、穩定性高，目前已被廣泛應用于冷熱水輸送。由于其性能穩定，安全可靠且價格合適，被我國建設部等相關部門列為推薦使用的管件材料，應逐漸用PPR此類綠色環保的管材來替代傳統管材，在政府倡導下，目前我國在建住宅80%以上采用了PPR綠色管材。隨著我國建筑業的快速發展，對于PPR管材的需求量也不斷增加，據統計數據顯示，年需求量平均約為200kt。

2.2 薄膜類聚丙烯產品開發

薄膜產品也是目前需求量最大的聚丙烯產品之一，薄膜制造是重要的聚丙烯應用途徑，據統計，每年生產的聚丙烯約有20% 被用來生產薄膜。由于聚丙烯薄膜性質穩定，環境友好，因此可用于多種產品包裝，用作精密產品中的各類絕緣材料，還可用于建筑材料等多個領域。特別是近年來開發了更多 附加值更高的聚丙烯薄膜材料。比如丙烯-乙烯-1-丁烯三 元共聚聚丙烯薄膜可用于低溫熱封層，有更大的市場需求量。與傳統薄膜類熱封層材料相比，還能實現更好的機械強度以及抗沖擊性能，薄膜產品種類繁多，需求量較大的代表性薄膜有：雙向拉伸BOPP薄膜、流延聚丙烯CPP膜[4]，CPP膜多用于食品以及醫藥類產品包裝，BOPP薄膜多用于產品包裝以及膠黏類產品的生產。根據數據顯示，我國目前每年需要進口約80kt左右薄膜類聚丙烯材料。

2.3 車用聚丙烯產品開發

聚丙烯材料在進行改性之后，擁有更優良的加工性能，機械強度高，可在多次沖擊后保持性能完好，符合安全、環保的發展理念，因此在汽車領域得到了廣泛的應用。目前汽車內儀表盤、內飾材料、保險杠等多種汽車零部件都采用了聚丙烯產品[5]。改性之后的聚丙烯產品目前已成為汽車零部件的主要塑料制品，特別是目前對于高端聚丙烯材料仍存在較大缺口，發展前景樂觀。隨著我國目前對于汽車生產要求的不斷提高，以及對于汽車制造領域環境保護意識提高，汽車工業的發展必須要解決車用聚丙烯材料的回收再利用問題，目前汽車行業所用聚丙烯產品的主要問題在于缺少高端聚丙烯產品的供應，要求聚丙烯產品應實現綠色、環保、無公害，擁有更高的耐熱性，更高的機械強度以及更強的耐化學腐蝕性能。2020年我國將實行“國六”標準，汽車要實行輕量化發展，聚丙烯產品性價比高，質量輕便，將有更多的優勢，在汽車行業使用會更加廣泛。

2.4 醫用聚丙烯產品開發

聚丙烯合成材料安全無毒，且生產成本較低，使用中更加綠色環保，因此在醫療設備中多用于藥物包裝、注射器、輸液瓶、手套、透明管等多種一次性醫療產品的制備，目前基本已經實現了對傳統玻璃材料的替代。隨著社會大眾對于醫療條件要求的提高，以及我國針對醫療設備加大科研投入，醫療市場對于聚丙烯產品的消費量將會大大增加，除了此類較為低端的醫療產品制造之外，還可以用于制備醫用無紡布、人工腎夾板等高端醫療材料。

3 結束語

聚丙烯是使用廣泛的高分子材料，生產工藝成熟、原料價廉易得、產品安全無毒且環境友好，在產品包裝、日用品生產、汽車制造、建筑材料、醫療器械等多個領域得到了應用。目前我國大多數聚丙烯生產設備、生產工藝、催化劑仍采用國外技術，應加快聚丙烯生產設備以及工藝的研究，在吸收國外經驗的基礎上，設計效果更好的聚丙烯生產工藝。同時要加大科研投入，研發性能更加優良，附加值更高的聚丙烯產品，提高我國的核心競爭力。