高流動高透明薄壁注塑專用聚丙烯樹脂的開發(fā)與應用

孫國輝

中國石化洛陽石化公司 河南 洛陽 471012

1 背景

薄壁快速成型聚丙烯樹脂PPH-MN60自2016年3月生產以來，取得了較好的經濟效益。近年來，隨著國內食品包裝行業(yè)、汽車行業(yè)、家電行業(yè)等領域的發(fā)展，不斷追求薄型化和高品質；加之新增PP產能也不斷進入行業(yè)競爭；再加上傳統(tǒng)材料和新材料(比如PET、PS、PE、PLA、PBST等材料)用途的開發(fā)拓展，加大了薄壁市場激烈競爭。通過對下游不同領域薄壁市場的調研，尤其是對PPH-MN60的客戶進行了多次調研和座談，結合洛陽石化調結構、增效益的目標，2019年開始進行了大量的小試研究和用戶評價，確定開發(fā)窄分布、高取向、晶型更規(guī)整、加工流變更好、成本更低的薄壁注塑專用聚丙烯產品PPH-MN70專用樹脂，升級替代PPH-MN60，持續(xù)增強洛陽石化產品市場競爭力和增效能力。

2 生產過程

2.1 生產工藝簡介 在雙環(huán)管聚丙烯裝置上，選擇高活性、高氫調敏感性、高立構規(guī)整性且不含塑化劑的新型催化劑，采用對稱加氫生產工藝，生產的聚丙烯粉料經汽蒸干燥后與復配成核劑按照一定比例加入到螺旋混合器M802中混合。混合后加入到雙螺桿擠壓機，經過混合、熔融、混煉、攪拌、加壓后從模孔中擠出，由旋轉的二十四把切刀于水下切粒后，再經脫水干燥、篩分，由風送系統(tǒng)PK803送至成品料倉。

2.2 生產過程 確認聚合單元正在使用HR催化劑生產PPH-T03，將反應器溫度降低1℃，R201、R202氫氣進料量可迅速提高，每次提量為500mL/m3，調整至目標值后穩(wěn)定2小時，最后根據熔融指數情況對氫氣進行調整，待氫氣提到后在緩慢將溫度提高至70℃。轉產期間，每10分鐘采樣分析一次，當粒料連續(xù)兩個化驗分析結果在(70±10)g/10min時，啟動所需添加劑秤，當添加劑秤運行平穩(wěn)后切至空倉開始生產PPH-MN70。調整過程中注意反應器溫度、壓力、密度等變化，根據變化情況及時調整，保持生產負荷穩(wěn)定，加強對造粒機運行參數的監(jiān)控，特別是切粒效果，造粒機出現異常時及時停運，D502出料切至緩沖料倉D801。

2.3 生產難題的解決

(1) 通過優(yōu)化外給電子體配制，穩(wěn)定外給電子體的加入。聚丙烯樹脂的等規(guī)度是衡量聚合物分子鏈中構型單元空間排列規(guī)整程度高低的量度。在生產過程中通過調整外給電子體配制比例，優(yōu)化外給電子體的加入量，將產品等規(guī)度控制在97%至98%，以確保產品擁有較好的剛韌平衡性。

(2) 設計專用新型復合型成核劑。將熔融非敏感型成核劑A、成核劑B及通過特殊工藝處理后的混合成核劑(A+B)，在加有其他助劑的情況下,分別與一定質量的超高流動均聚聚丙烯、高流動抗沖共聚聚丙烯、中流動丙丁無規(guī)共聚聚丙烯混合均勻,經雙螺桿擠出造粒機熔融擠出、造粒,制得不同聚丙烯樹脂,并對聚丙烯樹脂的力學性能、光學性能、結晶行為及結晶形態(tài)進行研究。結果表明:與未添加熔融非敏感型成核劑的同牌號聚丙烯樹脂相比,添加熔融非敏感型成核劑后,同牌號聚丙烯樹脂的彎曲模量和拉伸屈服強度均得到提高。三種聚丙烯樹脂的熔體質量流動速率、簡支梁缺口沖擊強度、模塑收縮率保持不變。熔融非敏感型成核劑的加入,提高了聚丙烯樹脂的白度、光澤度,以及熱變形溫度和結晶溫度,較大改善了聚丙烯樹脂的黃色指數和霧度,顯著降低了聚丙烯樹脂的半結晶時間。新型復合型成核劑(A+B)對超高流動均聚聚丙烯的改性效果更加顯著。

(3) 優(yōu)化工藝參數，降低產品氣味。通過提高大閃蒸線溫度、提高蒸汽蒸汽量、提高干燥溫度降低聚丙烯粉料中揮發(fā)性有機物含量；通過提高擠壓機筒體溫度、提高抽吸系統(tǒng)風量、提高切粒水溫度等措施進一步降低產品粒料氣味。

3 應用情況

該產品經過一年多的小試、中試和用戶評價，不斷優(yōu)化設計助劑包，2020年9月份PPH-MN70在2#聚丙烯裝置進行首次工業(yè)化批量生產，首次生產1006噸，10月份放量至1806噸，11月份產量增加至2737 噸，截止11月累計生產近5500噸，預計2020年產量達9000噸。PPH-MN70投放市場后，得到下游客戶的廣泛好評，PPH-MN70較PPH-MN60加工電耗降低，單個成品克數減少，產品氣味更低，制品透明性提升，下游加工制品的效率明顯提高。

4 經濟和社會效益

經濟效益：與PPH-MN60相比，PPH-MN70噸產品加工成本降低66元，噸產品售價增加74元，噸產品效益增加140元，2020年產量為9000噸，增加效益為：140元/噸×9000噸=126萬元。與通用料PPH-T03相比，累計增效547元/噸×9000噸=492萬元。2021年排產計劃6萬噸，將成為2#聚丙烯最主要的盈利牌號。

社會效益：PPH-MN70的開發(fā)應用成功，為中石化、為薄壁加工領域提高了性能優(yōu)異、綠色環(huán)保的新產品、新牌號，為下游加工提供了降低成本、提高效率、提升產品品質，提供了性價比更優(yōu)異的選擇方案。

5 產品創(chuàng)新點

5.1 選擇性能更全面的催化劑體系，設計非敏感型復合成核劑，優(yōu)化外給電子體的加入，獨特的分子鏈結構、聚集態(tài)結構，降低了助劑添加成本。

5.2 聚丙烯產品的三維晶型結構更規(guī)整，具有高流動、高模量、高透明、窄分布、低析出、剛韌平衡性好等特點，屬于高端壁快速成型聚丙烯樹脂。

5.3 下游用戶可以實現低加工溫度，克重更低，電耗更低，透明性更好，制品生產效率更高等優(yōu)點。

6 結論

6.1 洛陽石化2#聚丙烯裝置在采用加氫法生產熔融指數達到70g/10min的產品時，反應器、軸流泵、造粒機等關鍵設備運行穩(wěn)定。

6.2 采用新型催化劑，開發(fā)出高流動高透明性薄壁注塑料，產品熔融指數達到70g/10min，填補了國內高端薄壁注塑產品的空白，產品質量穩(wěn)定、性能優(yōu)良、低氣味、成型時間短，其技術指標和加工應用效果達到國際先進水平。

6.3 復合型成核劑提高了聚丙烯樹脂的透明性,以及熱變形溫度和結晶溫度,改善了聚丙烯樹脂的黃色指數和霧度,降低了聚丙烯樹脂的半結晶時間，對超高流動均聚聚丙烯的改性效果顯著。