孫國(guó)輝

中國(guó)石化洛陽(yáng)石化公司 河南 洛陽(yáng) 471012

1 背景

薄壁快速成型聚丙烯樹(shù)脂PPH-MN60自2016年3月生產(chǎn)以來(lái)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)食品包裝行業(yè)、汽車行業(yè)、家電行業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展，不斷追求薄型化和高品質(zhì)；加之新增PP產(chǎn)能也不斷進(jìn)入行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)；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(kāi)發(fā)拓展，加大了薄壁市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)對(duì)下游不同領(lǐng)域薄壁市場(chǎng)的調(diào)研，尤其是對(duì)PPH-MN60的客戶進(jìn)行了多次調(diào)研和座談，結(jié)合洛陽(yáng)石化調(diào)結(jié)構(gòu)、增效益的目標(biāo)，2019年開(kāi)始進(jìn)行了大量的小試研究和用戶評(píng)價(jià)，確定開(kāi)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(chǎn)品PPH-MN70專用樹(shù)脂，升級(jí)替代PPH-MN60，持續(xù)增強(qiáng)洛陽(yáng)石化產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和增效能力。

2 生產(chǎn)過(guò)程

2.1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 在雙環(huán)管聚丙烯裝置上，選擇高活性、高氫調(diào)敏感性、高立構(gòu)規(guī)整性且不含塑化劑的新型催化劑，采用對(duì)稱加氫生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的聚丙烯粉料經(jīng)汽蒸干燥后與復(fù)配成核劑按照一定比例加入到螺旋混合器M802中混合?；旌虾蠹尤氲诫p螺桿擠壓機(jī)，經(jīng)過(guò)混合、熔融、混煉、攪拌、加壓后從?？字袛D出，由旋轉(zhuǎn)的二十四把切刀于水下切粒后，再經(jīng)脫水干燥、篩分，由風(fēng)送系統(tǒng)PK803送至成品料倉(cāng)。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程 確認(rèn)聚合單元正在使用HR催化劑生產(chǎn)PPH-T03，將反應(yīng)器溫度降低1℃，R201、R202氫氣進(jìn)料量可迅速提高，每次提量為500mL/m3，調(diào)整至目標(biāo)值后穩(wěn)定2小時(shí)，最后根據(jù)熔融指數(shù)情況對(duì)氫氣進(jìn)行調(diào)整，待氫氣提到后在緩慢將溫度提高至70℃。轉(zhuǎn)產(chǎn)期間，每10分鐘采樣分析一次，當(dāng)粒料連續(xù)兩個(gè)化驗(yàn)分析結(jié)果在(70±10)g/10min時(shí)，啟動(dòng)所需添加劑秤，當(dāng)添加劑秤運(yùn)行平穩(wěn)后切至空倉(cāng)開(kāi)始生產(chǎn)PPH-MN70。調(diào)整過(guò)程中注意反應(yīng)器溫度、壓力、密度等變化，根據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整，保持生產(chǎn)負(fù)荷穩(wěn)定，加強(qiáng)對(duì)造粒機(jī)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，特別是切粒效果，造粒機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)停運(yùn)，D502出料切至緩沖料倉(cāng)D801。

2.3 生產(chǎn)難題的解決

(1) 通過(guò)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(shù)脂的等規(guī)度是衡量聚合物分子鏈中構(gòu)型單元空間排列規(guī)整程度高低的量度。在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整外給電子體配制比例，優(yōu)化外給電子體的加入量，將產(chǎn)品等規(guī)度控制在97%至98%，以確保產(chǎn)品擁有較好的剛韌平衡性。

(2) 設(shè)計(jì)專用新型復(fù)合型成核劑。將熔融非敏感型成核劑A、成核劑B及通過(guò)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(zhì)量的超高流動(dòng)均聚聚丙烯、高流動(dòng)抗沖共聚聚丙烯、中流動(dòng)丙丁無(wú)規(guī)共聚聚丙烯混合均勻,經(jīng)雙螺桿擠出造粒機(jī)熔融擠出、造粒,制得不同聚丙烯樹(shù)脂,并對(duì)聚丙烯樹(shù)脂的力學(xué)性能、光學(xué)性能、結(jié)晶行為及結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行研究。結(jié)果表明:與未添加熔融非敏感型成核劑的同牌號(hào)聚丙烯樹(shù)脂相比,添加熔融非敏感型成核劑后,同牌號(hào)聚丙烯樹(shù)脂的彎曲模量和拉伸屈服強(qiáng)度均得到提高。三種聚丙烯樹(shù)脂的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)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(shù)脂的白度、光澤度,以及熱變形溫度和結(jié)晶溫度,較大改善了聚丙烯樹(shù)脂的黃色指數(shù)和霧度,顯著降低了聚丙烯樹(shù)脂的半結(jié)晶時(shí)間。新型復(fù)合型成核劑(A+B)對(duì)超高流動(dòng)均聚聚丙烯的改性效果更加顯著。

(3) 優(yōu)化工藝參數(shù)，降低產(chǎn)品氣味。通過(guò)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(jī)物含量；通過(guò)提高擠壓機(jī)筒體溫度、提高抽吸系統(tǒng)風(fēng)量、提高切粒水溫度等措施進(jìn)一步降低產(chǎn)品粒料氣味。

3 應(yīng)用情況

該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一年多的小試、中試和用戶評(píng)價(jià)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)助劑包，2020年9月份PPH-MN70在2#聚丙烯裝置進(jìn)行首次工業(yè)化批量生產(chǎn)，首次生產(chǎn)1006噸，10月份放量至1806噸，11月份產(chǎn)量增加至2737 噸，截止11月累計(jì)生產(chǎn)近5500噸，預(yù)計(jì)2020年產(chǎn)量達(dá)9000噸。PPH-MN70投放市場(chǎng)后，得到下游客戶的廣泛好評(píng)，PPH-MN70較PPH-MN60加工電耗降低，單個(gè)成品克數(shù)減少，產(chǎn)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

經(jīng)濟(jì)效益：與PPH-MN60相比，PPH-MN70噸產(chǎn)品加工成本降低66元，噸產(chǎn)品售價(jià)增加74元，噸產(chǎn)品效益增加140元，2020年產(chǎn)量為9000噸，增加效益為：140元/噸×9000噸=126萬(wàn)元。與通用料PPH-T03相比，累計(jì)增效547元/噸×9000噸=492萬(wàn)元。2021年排產(chǎn)計(jì)劃6萬(wàn)噸，將成為2#聚丙烯最主要的盈利牌號(hào)。

社會(huì)效益：PPH-MN70的開(kāi)發(fā)應(yīng)用成功，為中石化、為薄壁加工領(lǐng)域提高了性能優(yōu)異、綠色環(huán)保的新產(chǎn)品、新牌號(hào)，為下游加工提供了降低成本、提高效率、提升產(chǎn)品品質(zhì)，提供了性價(jià)比更優(yōu)異的選擇方案。

5 產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 選擇性能更全面的催化劑體系，設(shè)計(jì)非敏感型復(fù)合成核劑，優(yōu)化外給電子體的加入，獨(dú)特的分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，降低了助劑添加成本。

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

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

6 結(jié)論

6.1 洛陽(yáng)石化2#聚丙烯裝置在采用加氫法生產(chǎn)熔融指數(shù)達(dá)到70g/10min的產(chǎn)品時(shí)，反應(yīng)器、軸流泵、造粒機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

6.2 采用新型催化劑，開(kāi)發(fā)出高流動(dòng)高透明性薄壁注塑料，產(chǎn)品熔融指數(shù)達(dá)到70g/10min，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高端薄壁注塑產(chǎn)品的空白，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良、低氣味、成型時(shí)間短，其技術(shù)指標(biāo)和加工應(yīng)用效果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

6.3 復(fù)合型成核劑提高了聚丙烯樹(shù)脂的透明性,以及熱變形溫度和結(jié)晶溫度,改善了聚丙烯樹(shù)脂的黃色指數(shù)和霧度,降低了聚丙烯樹(shù)脂的半結(jié)晶時(shí)間，對(duì)超高流動(dòng)均聚聚丙烯的改性效果顯著。