彩条吹膜机(壹油专家丨独立炼厂聚丙烯装置产品升级之HMSPP)

01

背景

近年来，聚丙烯(PP)工业迅速发展，2017年，我国聚丙烯的产能达到了2192万吨，比2016年增长7.1%； 2017年国内聚丙烯产量总计1930.64万吨，同比增长7.8%，进口量达到470万吨左右。据隆众统计，聚丙烯下游结构中拉丝占到39%，均聚注塑占到10%，共聚注塑占到17%，纤维占到10%，薄膜料占到11%，BOPP占比10%，其他PP原料所占比例较少。目前我国聚丙烯通用料市场相对饱和，而专用料市场则缺口较大，进口产品中70％以上为专用料。因此，未来在汽车、家电、PP注塑料市场将有很大的发展潜力。

国内生产聚丙烯粉料的装置产能大约为400多万吨，主要产品为拉丝类PP-H-GD-045，主要用途编织袋、（遮阳或覆盖用）彩条布、地毯背衬和集装袋；注塑类的PP-H-GD-085、PP-H-GD-150，主要用途容器、家庭日用品、玩具、一次性塑料制品；涂覆与纺丝类PP-H-GD-230、PP-H-GD-320、PP-H-GD-450，主要用途复合编织袋、纺丝、无纺布、安全带、捆扎材料、地毯、安全网等。近年来，由于煤化工和PDH项目产能的急剧释放，并且两种工艺主要以拉丝料、纺丝、低端注塑等普通低附加值聚丙烯粒料产品为主，造成市场上粒料与粉料的价格差距急剧缩小，部分时间价格出现倒挂现象。

综上所述，在市场竞争越来越激烈的情况下，间歇式小本体聚丙烯粉料装置为了提升自己的产品竞争能力，纷纷选择将间歇式装置升级为连续法装置，同时寻求产品结构调整，增加产品的附加值。

02

HMSPP的结构特点

高熔体强度聚丙烯(HMSPP)具有较高的熔体强度，在熔融拉伸时存在应变硬化现象，加工温度范围较宽，可用于热成型、 挤出发泡、 涂覆、 吹塑等方面。由HMSPP制得的制品具有良好的热稳定性和高温下尺寸稳定性，较高的韧性和拉伸强度，优异的微波适应性，良好的环境效应和易回收等特点。

HMSPP 最重要的性能参数就是熔体强度，其熔体强度甚至可以达到相同 MFI的普通聚丙烯的10倍。众所周知，分子量提高，剪切粘度则提高，熔体强度也相应提高;分子量分布加宽，熔体强度也会提高。而当分子中有长支链结构存在时，熔体强度增加的程度要远远大于剪切粘度的增加;短支链的存在对熔体强度的影响则不大。多长的支链才可以被认为是长支链(longchainbraching，LCB) 对于不同的测试方法或不同的体系，长支链有不同的定义。

03

HMSPP技术现状

从理论上讲，提高聚丙烯熔体强度的方法一般为提高相对分子质量及其分布和引入长支链结构。

① 提高相对分子质量及其分布

近年来，中石化镇海炼化公司与北京化工研究院合作开发，生产出的牌号为HMS20Z及E02ES的高熔体强度PP，与普通的聚丙烯相比，其具有更宽的分子量分布，更高的熔体强度。

有文献介绍了高熔体强度的丙烯均聚物或共聚物制造工艺，由高分子量和低分子量或中分子量丙烯聚合物组成，它是由丙烯和其它烯烃在一系列相连的多元聚合反应器中进行的，在至少两个反应器中使用氢气作为分子量调节剂。催化剂系统能够催化生成高分子量的产品，以及低或中分子量的聚合物产品。

② 树脂掺混法

共混改性是提高 PP 熔体强度的一种简单而有效的途径。PP 大分子以直链结构为主，而且每个分子结构中都有甲基，所以分子的柔软性下降，基本上无支化或交联，这种大分子结构上的单一性导致 PP 熔体强度很低，需要掺混非结晶或低结晶度的树脂、弹性体及无机填料等以达到改善 PP 熔体强度性能的目的。

③ 聚合改性

在聚合釜中制备高熔体强度聚丙烯一般为本体聚合，即在聚合制备聚丙烯的过程中，向反应釜中加入一定量引发剂和二烯烃（如 1，7- 辛二烯和 1，9- 癸二烯），与丙烯进行接枝聚合，也可以加入一定量二烯烃和苯乙烯与丙烯进行接枝聚合来制备高熔体强度聚丙烯，使线型聚丙烯产生长支链，得到支化结构，从而达到提高熔体强度的目的。

抚顺石化与中科院化学所合作，成功在聚丙烯装置试产高熔体强度聚丙烯专用料(HMS1602)，采用中科院专利技术，即催化剂与功能催化助剂配合使用，利用聚合法制备得到高熔体强度聚丙烯树脂。

④ 辐射处理

射线辐射法是目前研究比较多的一种方法，其反应机理普遍认为是辐射激发聚合物分子发生自由基等化学反应。该方法中，辐射源的选择与辐射量的大小是两个关键因素。辐射源的能量大小要合适，必须可以使分子结构离子化并且影响原子结构，但不能影响到原子核。因此，较多使用的辐射源一般为电子辐射和 x、γ 等射线；辐射量过小达不到所需要的效果，过大又会因过度降解或交联而产生凝胶，所以辐射的剂量也要精确计量。

⑤ 反应挤出

反应挤出也叫熔融接枝的方法，由于其操作简便经济，适合工业化生产而成为目前采用的主要方法。它采用化学自由基引发剂在丙烯聚合物骨架上自由基位置接上第二单体，从而获得一定支化度的丙烯聚合物。

长春应化所，以国内石化企业环管工艺和小本体工艺生产的线性聚丙烯作为原料，率先将可控自由基聚合中调控反应活性点的方法应用于聚丙烯熔体反应加工过程中，通过高效的自由基捕捉剂的合理筛选和使用，降低了聚丙烯分子链的降解和凝胶化副反应的发生几率，促进了长链支化反应的进行，突破了制备高熔体强度聚丙烯的技术瓶颈。

⑥ 交联技术

交联技术是生产高熔体强度聚丙烯的一种常见的方法。对于热成型性和发泡工艺性能较差的 PP 来说，交联的引入可提高其熔体强度和熔体粘度，提高 PP 的热成型性和发泡工艺性能。目前交联的方法主要有有机过氧化物的化学交联、硅烷交联以及动态硫化交联等。

04

HMSPP的应用

① 挤出发泡

对于普通聚丙烯，发泡生产存在很多问题，比如发泡率低、 泡孔增长难以控制和泡孔易塌陷等，所以普通聚丙烯只能进行高密度发泡材料的挤出发泡。

与普通 PP 相比，HMSPP 在熔融态表现出高的强度和高的拉伸延展性，应变硬化行为促使泡孔稳定增长，抑制了微孔壁的破坏，挤出发泡时不仅泡孔生长可控而且不会出现泡孔塌陷，可以进行极低泡孔密度的发泡材料的生产。

② 吹膜

吹膜常用的聚合物就是聚乙烯(LDPE、 LLDPE、HDPE)，但是聚丙烯用空气冷却进行吹膜加工时，由于普通 PP的熔体强度低，经常会发生起皱和产品厚度不均等问题，而且产品纵向易开裂，透明性差。

HMSPP吹膜制品将会给 PE吹膜行业巨大的冲击。Dow 公司推出了高熔体强度的吹塑薄膜级PP Inspire114，使生产聚丙烯吹塑薄膜成为现实，与聚乙烯薄膜相比，它具有改进的刚、耐热性、机械加工性、抗蠕变性、耐穿刺性和韧性。

HMSPP 吹膜制品潜在用途包括易撕裂薄膜、家庭卫生用薄膜、 食物包装薄膜(深冷消毒) 、一般用途薄膜、易于剥离性薄膜和标签用膜等。另外 HMSPP 薄膜还可进入收缩薄膜和高强度薄膜等领域。

③ 挤出涂覆

普通 PP熔体强度低，涂覆加工时为了避免涂层的稳定拉伸，涂覆速度慢(150-200m/min)，而且其颈缩很高(120mm) 。LDPE的涂覆性很好，为了克服以上问题，人们试图将 PP与LDPE共混使用进行涂覆加工，但这样 PP的优良性能会受到损伤。

HMSPP的应变硬化行为是其取得高拉伸比和涂覆速度快的关键因素。HMSPP的涂覆性与LDPE相似，表现出较低的颈缩(5mm)和较快的涂覆速度(250-300m/min)，涂覆厚度容易控制且涂层均匀性好。涂覆级 HMSPP 的涂覆速度远远大于普通聚丙烯，而且颈缩小、涂层薄。这主要是由于 HMSPP 在涂覆过程中，熔体所受的拉伸应力随着拉伸应变的增长呈指数级增长，不容易发生韧性断裂，并且HMSPP抗熔垂性能较好，所以 HMSPP具有较高的涂覆速度和较薄的涂层厚度。

④ 热成型

HMSPP专用树脂解决了普通聚丙烯热成型困难的问题。由于 HMSPP 的高熔体强度和熔体延伸性，可以使抗熔垂性提高、 热成型窗口加宽和加工稳定性提高，从而能够在普通热成型设备上成型。HMSPP能够在普通热成型设备上熔相热成型，特别是聚丙烯具有优良的热性能，非常适合做微波食品容器和高温蒸煮杀菌容器，价格也比 PS便宜，从而使 HMSPP具有极为广阔的应用前景，有条件与普通使用的热成型材料(如 ABS、PVC、PC、PS、丙烯酸树脂等)竞争。

部分内容和图片来源于专业期刊、网络

作者简介

孙立科

高级工程师 / 炼化专家

长期从事炼化一体化优化、塑料后加工改性，炼化产品的销售与采购工作，具有丰富的计划优化，技术管理，销售采购经验，炼化专业知识扎实。

作者简介

王建军

高级工程师 / 炼化专家

具有丰富的聚丙烯生产、技术、科研管理经验。

KOL集结令来袭

壹油网·专家智库

汇集“壹油网”平台所有炼化产业的生产专家、优化专家及技术专家等，为平台注册企业及用户提供经营优化、产品优化、生产优化、产业资讯等专业服务，实现资源的最大化利用，增加互联网平台与炼化产业间的互联互通。点击文末 阅读原文 可直达专家智库，与专家在线交流。同时，欢迎行业专家和企业加入我们。