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        無規(guī)共聚聚丙烯RP220M的結(jié)構(gòu)與加工應(yīng)用

        2015-06-05 03:11:34曹建秋馬國玉
        精細(xì)石油化工 2015年1期
        關(guān)鍵詞:生產(chǎn)

        曹建秋,馬國玉,王 輝

        (中國石油化工股份有限公司天津分公司研究院,天津市300271)

        中沙(天津)石化有限公司45萬噸/年聚丙烯裝置采用Lyondell Basell公司的Spherizone工藝技術(shù),由一條生產(chǎn)線生產(chǎn)均聚、無規(guī)共聚、抗沖共聚和三元共聚產(chǎn)品,共引進98個牌號,產(chǎn)品MFR范圍0.2~100g/10min,應(yīng)用于擠出、注塑、薄膜、熱成型等PP典型領(lǐng)域,是目前國內(nèi)單條生產(chǎn)線產(chǎn)能最大的裝置。

        根據(jù)國內(nèi)市場消費情況,結(jié)合裝置技術(shù)特點確定生產(chǎn)牌號,向市場提供高性能、高附加值及適銷對路的產(chǎn)品是裝置開車前必須要面對的問題。RP220M是采用Spherizone工藝生產(chǎn)的無規(guī)共聚聚丙烯,是裝置引進牌號之一,主要用于流延膜生產(chǎn)。本工作通過對RP220M結(jié)構(gòu)表征和用戶加工試用,了解了RP220M結(jié)構(gòu)性能特點和應(yīng)用情況,為后續(xù)RP220M在裝置大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)及下游客戶的應(yīng)用提供參考。

        1 實驗部分

        1.1 主要原料

        無規(guī)共聚聚丙烯,RP220M,國產(chǎn),流延膜專用樹脂。RC1314和RC514L,Lyondell Basell公司。

        1.2 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

        1.2.1 性能測試

        力學(xué)性能測試:取樹脂粒料,采用寧波海天集團股份有限公司生產(chǎn)的HTF110X/1J型注射機制樣,根據(jù)試樣的熔體流動速率(MFR),確定注射機的五段加熱溫度;根據(jù)樣條尺寸確定保壓時間;模溫控制在50℃。樣條經(jīng)過狀態(tài)調(diào)節(jié)后,按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行性能測試。

        熱封強度采用長春市紙張試驗機廠生產(chǎn)的ZLW-500A型微機測控式電子拉力試驗機按ZBY 28004—1986測試。試樣寬為(15.0±0.1)mm,展開長度為(100.0±1.0)mm。

        1.2.2 結(jié)構(gòu)表征

        相對分子質(zhì)量及其分布采用英國Polymer Laboratory公司生產(chǎn)的PL-GPC 220型高溫凝膠滲透色譜儀測定,1,2,4-三氯苯為溶劑,溶液質(zhì)量濃度為1.0mg/mL。測試溫度150℃,溶液流速為1.0mL/min。

        差示掃描量熱法(DSC)分析:采用美國PE公司生產(chǎn)的Diamond型差示掃描量熱儀測試試樣的熔融結(jié)晶行為。升、降溫速率均為10℃/min,溫度50~200℃。

        動態(tài)流變指數(shù)(PI)采用美國科學(xué)流變儀公司生產(chǎn)的ARES-2KFRTN-FCOHR型旋轉(zhuǎn)流變儀測試。試樣尺寸為70mm×70mm×2mm,溫度190℃,氮氣保護下進行動態(tài)頻率掃描,掃描范圍0~100rad/s,測定試樣的儲能模量(G’)、耗能模量(G”)及復(fù)數(shù)黏度(η)隨頻率的變化,根據(jù)交點模量(Gc)(Gc=G’=G”)計算PI。

        二甲苯可溶物含量采用西班牙Polymer Char公司生產(chǎn)的CRYSTEX型二甲苯可溶物分析測試儀測試。

        1.3 流延試驗

        實驗室規(guī)模的流延試驗:采用瑞典Labtech工程有限公司的三層共擠流延膜試驗線進行了RP220M單層和復(fù)合膜流延試驗。試驗線由三臺螺桿直徑為25.0mm、長徑比為30.0的單螺桿擠出機擠出供料,共擠模頭寬度為300.0mm,間隙可在0.3~3.0mm調(diào)整。流延膜通過冷輥冷卻后,牽引并收卷。

        青島慶昕塑料有限公司(簡稱青島慶昕)的流延膜試驗:在青島慶昕的聚丙烯流延膜生產(chǎn)線上采用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)20μm厚的鍍鋁膜產(chǎn)品,熱封層為RP220M,其中RP220M厚度約為1 μm,生產(chǎn)速率為190m/min。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 RP220M的性能

        表1是試樣性能測試結(jié)果。

        表1 試樣性能測試結(jié)果

        從表1看出:RP220M的MFR較高,有利于流延加工;RP220M的霧度高于RC1314和RC514L,原因是其他兩個試樣中有成核劑;RP220M的負(fù)荷變形溫度和維卡軟化溫度是三個試樣中最低的,故RP220M有較低的起始熱封溫度,適于作為多層復(fù)合薄膜的熱封層;RP220M有較好的常、低溫抗沖擊性能,剛性稍低,用其制備的薄膜比較柔軟。

        2.2 RP220M的結(jié)構(gòu)性能

        采用GPC、DSC等方法測試RP220M等三種試樣的微觀結(jié)構(gòu)、組成等性能,具體測試結(jié)果列于表2、圖1、圖2。

        表2 RP220M與流延膜專用樹脂試樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)

        從表2看出:三種試樣的乙烯含量不同,RC1314和RP220M的較高,RC514L的較低。乙烯含量高的試樣,其剛性和負(fù)荷變形性低,可溶物含量高,與表1的力學(xué)性能測試結(jié)果一致。從表2還看出:RC1314的重均分子量(MW)最高,RC514L次之,RP220M最低。RP220M的相對分子質(zhì)量分布(MW/Mn)最窄,這與其流延膜加工方式需要較好流動性的要求一致。RC514L由于乙烯含量低且含有成核劑,因而具有更高的結(jié)晶溫度[1];而RC1314盡管也含有成核劑,但乙烯含量較高,因此其結(jié)晶溫度低于RC514L;RP220M由于乙烯含量高且無成核劑,因此結(jié)晶溫度最低。

        從圖1看出:隨著乙烯含量提高,試樣的熔融溫度降低,熔融焓減小。由于RP220M具有較高的乙烯含量,因而具有較低的熔點和熔融焓,用其制備的薄膜較柔軟且有較低的熱封溫度;而RC514L的熔點和結(jié)晶度較高,制品的剛性和耐熱性較好。

        圖1 三個試樣的DSC曲線

        從圖2看出:試樣1與RP220M的流變性能較好,說明RP220在流延膜加工過程中具有較好的流動性。這是因為RP220M的MW/Mn窄,因此,剪切敏感性較低,流變性能較好。

        圖2 三個試樣在190℃時的動態(tài)流變曲線

        2.3 RP220M的加工應(yīng)用試驗

        2.3.1 LABTECH流延膜試驗

        利用工商大學(xué)塑料加工應(yīng)用研究所的LABTECH三層共擠流延膜試驗線進行了單層和復(fù)合流延膜試驗,單層膜的厚度控制在30~40 μm,以韓國湖南石化公司生產(chǎn)的均聚聚丙烯FC150B為參比試樣在相同條件下制備流延膜。單層膜霧度測試結(jié)果為:RP220M膜的霧度約為1.4%,F(xiàn)C150B膜的霧度約為1.8%,RP220M的霧度略好于FC150B。

        復(fù)合流延膜為RP220M與FC150B復(fù)合生產(chǎn),其中,RP220M膜的厚度約占整體厚度的1/3,對比復(fù)合膜試樣由新加坡聚烯烴私營公司生產(chǎn)的FL7641與FC150B流延而成,其中FL7641膜的厚度約占整體厚度的1/3,目的是考察RP220M作為熱封層與FL7641的熱封性能差異。從圖3看出:RP220M的起始熱封溫度低于FL7641。但在熱封強度大于4N/15mm時,RP220M的熱封溫度略高于FL7641。

        圖3 RP220M與FL7641熱封強度對比

        FL7641是三元無規(guī)共聚物,一般情況下可以在較低的溫度下達到較好的熱封強度。RP220M是二元無規(guī)共聚物,在熱封強度大于4N/15mm時,RP220M的熱封溫度略高于FL7641。其熱封性能與FL7641相差不大。說明RP220M作為復(fù)合膜的熱封層,其性能足以滿足使用要求。

        2.3.2 青島慶昕試用

        在青島慶昕試用的產(chǎn)品為20μm鍍鋁膜,采用RP220M做熱封層,厚度為1μm,廠家原先使用的鍍鋁膜熱封層為進口料。試用結(jié)果見表1。

        由表1可見:RP220M加工性能優(yōu)異,物理性能合格,完全能夠滿足作為鍍鋁薄膜熱封層原料在190m/min時正常生產(chǎn)。從表3看出:RP220M的起始熱封溫度高于進口料;RP220M的熱封強度高于進口料,其他性能相差不大,很適合作為復(fù)合膜的熱封層。

        3 結(jié) 論

        a)RP220M具有較高的乙烯含量,具有較低熔點和結(jié)晶度,模量和負(fù)荷變形溫度也較低,沖擊強度較好。

        b)PR220M 屬于窄MW/Mn產(chǎn)品,起始熱封溫度較低,PR220M適用于復(fù)合膜的熱封層。

        c)PR220M的 MFR較高,適合流延膜的高速加工。

        表3 青島慶昕使用RP220M生產(chǎn)復(fù)合膜的性能測試

        [1] 小約翰·布爾獸.齊格勒-納塔催化劑和聚合[M].孫伯慶,來英杰,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1986:221-251.

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