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(chǎn)品生產(chǎn)工藝介紹

20世紀(jì)50年代，就開始了聚丙烯合成工藝的研究。從最傳統(tǒng)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(fā)展到目前的液相本體、氣相本體聚合法，隨著生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，最原始的溶劑聚合法，目前工業(yè)中已不再使用?？v觀全球聚丙烯先進的生產(chǎn)工藝，目前Basell公司每年生產(chǎn)的聚丙烯超過全球總產(chǎn)量的50%，其主要采用Spheripol 雙環(huán)管氣相聚合工藝；此外，由Basell公司率先開發(fā)并投產(chǎn)的 Spherizone 聚丙烯合成工藝、北歐化工公司開發(fā)并投產(chǎn)的Borstar聚丙烯合成工藝均得到了普及應(yīng)用。

1.1 Spheripol工藝

Basell 公司研發(fā)并投入運營的Spheripol 雙環(huán)管氣相聚丙烯技術(shù)是目前經(jīng)驗最豐富的新型聚丙烯合成工藝，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，生產(chǎn)的聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量更好、產(chǎn)量更大。共經(jīng)歷了四代催化劑的改良，目前已形成雙環(huán)管結(jié)構(gòu)的聚丙烯合成反應(yīng)器，在此工藝的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了多種優(yōu)良的聚丙烯產(chǎn)品。雙環(huán)管結(jié)構(gòu)可以通過改變合成工藝中的壓力，得到性能更優(yōu)良的聚丙烯產(chǎn)品，實現(xiàn)了對聚丙烯大分子質(zhì)量以及聚丙烯大分子形態(tài)的調(diào)控；經(jīng)多次改良后得到的第四代催化劑，催化生成的聚丙烯產(chǎn)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(huán)管反應(yīng)結(jié)構(gòu)，可以更方便生產(chǎn)操作；提高了反應(yīng)壓力，所以整個生產(chǎn)工藝中氫氣含量增加，在一定程度上改良了聚丙烯產(chǎn)品的各項性能；同時，基于雙環(huán)管結(jié)構(gòu)的優(yōu)良特性，能夠生產(chǎn)相對質(zhì)量更高的大分子，以及質(zhì)量更小的聚丙烯產(chǎn)品，使生產(chǎn)出的聚丙烯產(chǎn)品分子質(zhì)量分布范圍更大，且得到的聚丙烯產(chǎn)品更加均質(zhì)；這一結(jié)構(gòu)能更好地促進反應(yīng)物料之間的傳熱，如果結(jié)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(yōu)良的聚丙烯產(chǎn)品。雙環(huán)管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)使得生產(chǎn)效率提高，使生產(chǎn)過程變得更加便捷靈活，在一定程度上提高了聚丙烯產(chǎn)品的產(chǎn)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(fā)出了全新的生產(chǎn)工藝。Spherizone 工藝主要用于雙峰聚丙烯的生產(chǎn)，該生產(chǎn)工藝最主要的創(chuàng)新之處就是在同一個反應(yīng)器中，將反應(yīng)器進行分區(qū)，可以單獨調(diào)控每個反應(yīng)區(qū)內(nèi)的反應(yīng)溫度、反應(yīng)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(chǎn)條件不同的、生產(chǎn)條件可控的反應(yīng)區(qū)內(nèi)進行循環(huán)，一方面合成了性能更加優(yōu)良的雙峰聚丙烯，另一方面，得到的聚丙烯產(chǎn)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(chǔ)上，在雙環(huán)管結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，同時串聯(lián)氣相流化床反應(yīng)器，由此生產(chǎn)出了性能更加優(yōu)良的聚丙烯產(chǎn)品。在此之前，所有的聚丙烯合成工藝將反應(yīng)溫度控制在70℃左右，避免生產(chǎn)過程中氣泡的產(chǎn)生，使聚丙烯產(chǎn)品更加均質(zhì)。而北歐化工設(shè)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(chǎn)生氣泡，是一種性能更為優(yōu)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(huán)管反應(yīng)器的基礎(chǔ)上串聯(lián)了氣相反應(yīng)器，能夠?qū)铣纱蠓肿拥姆肿淤|(zhì)量以及大分子形態(tài)進行更便捷的調(diào)控；第三，在進行雙峰聚丙烯的生產(chǎn)時得到的每個峰都能實現(xiàn)較窄的分子質(zhì)量分布，雙峰產(chǎn)品質(zhì)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(xiàn)象，不會出現(xiàn)聚丙烯產(chǎn)品粘連在反應(yīng)釜內(nèi)壁的情況。

2 聚丙烯應(yīng)用進展

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

2.1 管材用聚丙烯產(chǎn)品開發(fā)

無規(guī)共聚聚丙烯管，又稱PPR，是目前需求量較大的聚丙烯產(chǎn)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(zhì)量輕便，耐磨耐腐蝕、方便進一步加工。由于其可以承受高溫?zé)崴?，根?jù)質(zhì)量檢測使用壽命較長，產(chǎn)品質(zhì)量好、穩(wěn)定性高，目前已被廣泛應(yīng)用于冷熱水輸送。由于其性能穩(wěn)定，安全可靠且價格合適，被我國建設(shè)部等相關(guān)部門列為推薦使用的管件材料，應(yīng)逐漸用PPR此類綠色環(huán)保的管材來替代傳統(tǒng)管材，在政府倡導(dǎo)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(yè)的快速發(fā)展，對于PPR管材的需求量也不斷增加，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，年需求量平均約為200kt。

2.2 薄膜類聚丙烯產(chǎn)品開發(fā)

薄膜產(chǎn)品也是目前需求量最大的聚丙烯產(chǎn)品之一，薄膜制造是重要的聚丙烯應(yīng)用途徑，據(jù)統(tǒng)計，每年生產(chǎn)的聚丙烯約有20% 被用來生產(chǎn)薄膜。由于聚丙烯薄膜性質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境友好，因此可用于多種產(chǎn)品包裝，用作精密產(chǎn)品中的各類絕緣材料，還可用于建筑材料等多個領(lǐng)域。特別是近年來開發(fā)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?zé)岱鈱樱懈蟮氖袌鲂枨罅?。與傳統(tǒng)薄膜類熱封層材料相比，還能實現(xiàn)更好的機械強度以及抗沖擊性能，薄膜產(chǎn)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(yī)藥類產(chǎn)品包裝，BOPP薄膜多用于產(chǎn)品包裝以及膠黏類產(chǎn)品的生產(chǎn)。根據(jù)數(shù)據(jù)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(chǎn)品開發(fā)

聚丙烯材料在進行改性之后，擁有更優(yōu)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(huán)保的發(fā)展理念，因此在汽車領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前汽車內(nèi)儀表盤、內(nèi)飾材料、保險杠等多種汽車零部件都采用了聚丙烯產(chǎn)品[5]。改性之后的聚丙烯產(chǎn)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(fā)展前景樂觀。隨著我國目前對于汽車生產(chǎn)要求的不斷提高，以及對于汽車制造領(lǐng)域環(huán)境保護意識提高，汽車工業(yè)的發(fā)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(yè)所用聚丙烯產(chǎn)品的主要問題在于缺少高端聚丙烯產(chǎn)品的供應(yīng)，要求聚丙烯產(chǎn)品應(yīng)實現(xiàn)綠色、環(huán)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(xué)腐蝕性能。2020年我國將實行“國六”標(biāo)準(zhǔn)，汽車要實行輕量化發(fā)展，聚丙烯產(chǎn)品性價比高，質(zhì)量輕便，將有更多的優(yōu)勢，在汽車行業(yè)使用會更加廣泛。

2.4 醫(yī)用聚丙烯產(chǎn)品開發(fā)

聚丙烯合成材料安全無毒，且生產(chǎn)成本較低，使用中更加綠色環(huán)保，因此在醫(yī)療設(shè)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(yī)療產(chǎn)品的制備，目前基本已經(jīng)實現(xiàn)了對傳統(tǒng)玻璃材料的替代。隨著社會大眾對于醫(yī)療條件要求的提高，以及我國針對醫(yī)療設(shè)備加大科研投入，醫(yī)療市場對于聚丙烯產(chǎn)品的消費量將會大大增加，除了此類較為低端的醫(yī)療產(chǎn)品制造之外，還可以用于制備醫(yī)用無紡布、人工腎夾板等高端醫(yī)療材料。

3 結(jié)束語

聚丙烯是使用廣泛的高分子材料，生產(chǎn)工藝成熟、原料價廉易得、產(chǎn)品安全無毒且環(huán)境友好，在產(chǎn)品包裝、日用品生產(chǎn)、汽車制造、建筑材料、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。目前我國大多數(shù)聚丙烯生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、催化劑仍采用國外技術(shù)，應(yīng)加快聚丙烯生產(chǎn)設(shè)備以及工藝的研究，在吸收國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計效果更好的聚丙烯生產(chǎn)工藝。同時要加大科研投入，研發(fā)性能更加優(yōu)良，附加值更高的聚丙烯產(chǎn)品，提高我國的核心競爭力。