王景良,滕文鵬,趙禮民,邵三多,郭恩義,陳 雷
(中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司塑料廠,黑龍江省大慶市 163714)
用高密度聚乙烯(HDPE)吹塑的高強度薄膜韌性大、可印刷、密封性好,廣泛用于制作手提袋、購物袋、包裝袋等。高強度薄膜專用HDPE一般為乙烯(C2H4)與1-丁烯(C4H8)或1-己烯的共聚物,熔體流動速率(MFR,負荷21.6 kg)為5.00~15.00 g/10 min,具有較高的拉伸強度和斷裂標稱應變。目前,我國高強度薄膜專用HDPE的表觀消費量約為1 Mt/a,主要牌號有中國石油化工股份有限公司齊魯分公司生產(chǎn)的DGDA6098、中國石油天然氣股份有限公司(簡稱中國石油)吉林石化分公司生產(chǎn)的JHF9455F等,年產(chǎn)量為500~600 kt,不能完全滿足國內需求,約40%的HDPE需要進口。
中國石油大慶石化分公司(簡稱大慶石化公司)250 kt/a的全密度聚乙烯裝置采用美國Unipol氣相流化床冷凝技術,以C2H4為原料,C4H8或1-己烯為共聚單體,H2為鏈轉移劑,異戊烷為誘導冷凝劑,采用漿液或干粉催化劑,能生產(chǎn)線型低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯、HDPE。聚乙烯產(chǎn)品密度為0.915~0.965 g/cm3,MFR為0.05~155.00 g/10 min。該裝置主要生產(chǎn)普通薄膜專用LLDPE DFDA7042,管材專用HDPE DGDB2480,中空容器專用HDPE DMDA6150等。針對高強度薄膜專用HDPE進口量大的現(xiàn)狀,根據(jù)用戶需求和裝置特點,通過剖析和對比研究國內外同類HDPE的結構性能,采用C4H8為共聚單體,開發(fā)并工業(yè)化生產(chǎn)了高強度薄膜專用HDPE DGDB6097。
C2H4,純度99.99%;H2,純度99.0%;C4H8,純度99.7%:均為大慶石化公司生產(chǎn)。
聚合在流化床反應器中進行,氣相反應物通過循環(huán)氣壓縮機連續(xù)循環(huán),循環(huán)氣流經(jīng)樹脂床,使床層流化并帶走反應熱,通過循環(huán)氣冷卻器從循環(huán)氣中撤走反應熱及壓縮機熱。各原料及催化劑被注入床層,HDPE粉料間斷地從反應器流入兩套排料系統(tǒng),通過高壓輸送系統(tǒng)交替運行將HDPE粉料送入脫氣倉。HDPE粉料經(jīng)脫氣、加入添加劑、擠出造粒后,得到粒料產(chǎn)品[1]。
生產(chǎn)DGDB6097時,采用鉻系UCAT-G150型干粉催化劑,通過調節(jié)n(C4H8)/n(C2H4)來控制密度,通過控制反應溫度來調控相對分子質量,控制氧氣用量來控制催化劑活性。生產(chǎn)過程中,力求在保證HDPE相對分子質量分布一定的前提下,提高催化劑的共聚合性能,從而提高HDPE分子中的長鏈支化度,使其具有良好的加工性能和力學性能[1-2]。
生產(chǎn)DGDB6097的過程中,反應器各工藝參數(shù)皆在受控范圍內,主要設備運行平穩(wěn),單耗、能耗、三劑消耗正常。具體工藝條件見表1。
從表2可以看出:DGDB6097的力學性能優(yōu)良,達到出廠指標要求,說明反應溫度、反應壓力、p(C2H4)等工藝條件設計和控制合理。與采用相同工藝和共聚單體C4H8生產(chǎn)的普通薄膜專用LLDPE DFDA7042相比,DGDB6097的密度高、MFR低,因此,其拉伸屈服應力、拉伸斷裂應力大,呈現(xiàn)高強度的特點。且用DFDA7042和DGDB6097吹塑的薄膜的開口性均較好。
表1 生產(chǎn)HDPE DGDB6097的工藝條件Tab.1 Production process conditions of HDPE DGDB6097
表2 DGDB6097的質量指標和性能Tab.2 Quality indicators and properties of DGDB6097
從表3看出:DGDB6097的各項性能(包括MFR、密度、相對分子質量及其分布、結晶性能、力學性能)均與國內市場上用量較大的同類HDPE DGDA6098相當。
采用大連橡塑機械股份有限公司制造的SJ-45×25L型立式吹膜機,分別以DGDB6097,DGDA6098為原料吹塑薄膜(工藝條件見表4)。從表4看出:兩種薄膜制品的各項性能相當。
表3 HDPE DGDB6097和DGDA6098的基本性能與力學性能Tab.3 Basic properties and mechanical properties of DGDB6097 and DGDA6098
采用DGDB6097在大慶龍陽塑料制品有限公司吹塑手提袋用薄膜。結果表明:DGDB6097加工性能優(yōu)良,可以獨立成膜,所吹塑的薄膜表面無皺紋、晶點,光澤度好,滿足用戶要求。從表5可以看出:采用DGDB6097吹塑的薄膜的橫、縱向力學性能好且均勻,遠高于HDPE吹塑薄膜標準(GB/T 4456—2008)要求。
表4 用HDPE吹塑薄膜的工藝條件及薄膜性能Tab.4 Process conditions for producing films with HDPE
表5 用HDPE DGDB6097吹塑的薄膜的性能Tab.5 Properties of the blown films made of HDPE DGDB6097
a)高強度薄膜專用HDPE DGDB6097的生產(chǎn)工藝路線和操作條件可行、可靠,可實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。
b)與相同工藝生產(chǎn)的普通薄膜專用LLDPE DFDA7042相比,HDPE DGDB6097的密度、拉伸強度高,強度優(yōu)勢明顯。
c)DGDB6097的力學性能、結晶性能、相對分子質量及其分布等與國內市場上用量較大的同類HDPE DGDA6098相當。用DGDB6097吹塑的薄膜表面無皺紋、晶點,光澤度好,橫向與縱向力學性能好且均勻,滿足GB 12025—1989優(yōu)級品的要求。
[1] 洪定一.塑料工業(yè)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1991:458-568.
[2] 中國石油化工與銷售分公司主編.中國石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及加工應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007:11;13-29.