茂金屬線型低密度聚乙烯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究

鞏玉紅

[摘要]本文對茂金屬線型低密度聚乙烯的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析研究，并據(jù)此闡明其相關(guān)應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]茂金屬線型低密度聚乙烯 性能 薄膜

茂金屬聚乙烯是聚乙烯生產(chǎn)技術(shù)的一項(xiàng)重要變革，茂金屬聚乙烯是一種性能優(yōu)異的熱塑性塑料，是聚烯烴工業(yè)最重要的技術(shù)進(jìn)展之一。此技術(shù)使用茂金屬作為聚合催化劑生產(chǎn)聚乙烯，產(chǎn)品在性能上與傳統(tǒng)催化劑聚合制成的PE樹脂有顯著的不同，制得的茂金屬聚乙烯樹脂具有優(yōu)良性能和獨(dú)特的應(yīng)用。

1茂金屬線型低密度聚乙烯結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

茂金屬線型低密度聚乙烯具有摩爾質(zhì)量分布窄、共聚單體的分布均勻、聚烯烴微觀結(jié)構(gòu)的立體化控制好等特點(diǎn)。但其加工困難，主要表現(xiàn)在：剪切敏感性低，黏度隨剪切速率的變化不明顯，熔體質(zhì)量流動速率低，臨界剪切速率低，熔體強(qiáng)度低，容易導(dǎo)致熔體或膜泡破裂，起膜操作難度大和廢品率高等。為改善其性能常與常規(guī)PE樹脂共混使用。

1.1與HDPE相容性

茂金屬線型低密度聚乙烯作為一種新型聚乙烯，它比傳統(tǒng)催化劑聚合的聚乙烯在光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和使用性能上都有所提高。在工業(yè)應(yīng)用上，茂金屬線型低密度聚乙烯因分子量分布窄、支化均勻等特點(diǎn)在加工過程中，剪切變稀作用減弱，熔體強(qiáng)度降低使加工較為困難，可通過加入聚乙烯進(jìn)行熔融共混，通過對共混熔體的相態(tài)分析，熔體相態(tài)與體系結(jié)晶行為研究，以改變其加工性能。

高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和線型低密度聚乙烯由于化學(xué)結(jié)構(gòu)均非常相似，使得在熔體中不能直接辨別其相分離與相行為。HDPE、LDPE和EPDM與m-LLDPE可能在熔體狀態(tài)是相容的，結(jié)晶過程發(fā)生了相分離。m-LLDPE的支化程度和支鏈類型對相容性有影響。支化度較低為相容體系，支化度較高為部分相容體系，在m-LLDPE的含量≥50%時，二者是不相容的，HDPE/m-LLDPE共混物在整個組成范圍內(nèi)是熱力學(xué)相容的。純HDPE與分子量較高的HDPE結(jié)晶速率相近，m-LLDPE的含量變化對其共混體系A(chǔ)vrami指數(shù)n的影響不大;分子量較低的HDPE與m-LLDPE共混體系的Avrami指數(shù)n和半結(jié)晶時間t1/2隨m-LLDPE含量的增加而增大，結(jié)晶速率隨著m-LLDPE含量的增加而下降，表明熔融態(tài)的HDPE和m-LLDPE相互之間存在著較強(qiáng)的分子間作用，二者具有一定的相容性。

1.2與LDPE相容性

與傳統(tǒng)的線型低密度聚乙烯相比，m-LLDPE/LDPE是熱力學(xué)不相容體系。茂金屬線型低密度聚乙烯在加工時表現(xiàn)黏度較高，是由于雖然其分子量分布較窄，共聚單體在分子鏈中分布均勻，使其具有優(yōu)良力學(xué)性能，但是其分子量比Mw/Mn窄，使m-LLDPE易發(fā)生擠出不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)擠出速率達(dá)到一定臨界值時，茂金屬線型低密度聚乙烯和其他線型聚乙烯一樣，在熔體擠出過程中，擠出物表面會出現(xiàn)準(zhǔn)周期性和自相似性的微小峰脊，與鯊魚皮相似，即出現(xiàn)鯊魚皮現(xiàn)象。工藝上常采用調(diào)整加工工藝條件，適當(dāng)添加加工助劑，或者對原材料進(jìn)行改性等方法來抑制鯊魚皮現(xiàn)象的產(chǎn)生，并保證在較高的擠出速率下得到表面平滑的擠出物，從而提高生產(chǎn)效率，降低能耗。一般對于好的高分子材料，希望其在各個方面都具有優(yōu)良的性能，比如不僅有良好的耐溫性能、力學(xué)性能和專有性能，還要有良好的加工性能，而研發(fā)生產(chǎn)一種新的基體材料通常會需要很大投入，相比而言，將兩種或兩種以上的高分子材料共混，使共混物兼具各材料的優(yōu)點(diǎn)，是一種工業(yè)上常用、易實(shí)現(xiàn)、性能改善良好的方法。將Mw/Mn較寬的ZN-LLDPE與Mw/Mn較窄的m-LLDPE共混可提高m-LLDPE的Mw/Mn，所以為了延緩或抑制m-LLDPE鯊魚皮現(xiàn)象的產(chǎn)生，可采用Mw/Mn較寬的ZN-LLDPE與Mw/Mn較窄的m-LLDPE共混，同時還可以提高其加工性能。共混物中ZN-LLDPE的用量越高，這種改善作用越明顯。雖然提高加工溫度同樣可以延緩或抑制鯊魚皮現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高加工性能，但這種方法在較高y條件下作用不明顯，所以共混更有效。

2茂金屬線型低密度聚乙烯主要應(yīng)用

2.1傳統(tǒng)膜產(chǎn)品

茂金屬線型低密度聚乙烯生產(chǎn)的產(chǎn)品具有韌性較高、透明性好、抗污染能力和耐穿刺能力強(qiáng)、熱封溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。在改善和提高產(chǎn)品性能、薄膜減薄等方面具有非常明顯的優(yōu)勢，主要用于生產(chǎn)重包裝膜、保鮮膜、纏繞膜及農(nóng)用棚膜等薄膜產(chǎn)品。包括：瓶裝水、飲料、罐裝商品、洗手液、清潔劑、保健品以及護(hù)膚品所用的收縮包裝薄膜;大宗貨物的托盤包裝;多層手工流涎纏繞包裝薄膜;農(nóng)用溫室大棚膜;中型及重型包裝袋;以及各種用于食品、非食品的復(fù)合軟包裝薄膜。

茂金屬線型低密度聚乙烯在線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯設(shè)備上都擁有極寬而且穩(wěn)定的操作窗口，使其熔體擠出溫度更低，且在較低加工溫度下獲得穩(wěn)定的膜泡，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，進(jìn)而提高了效率降低了能耗。用共混配方加工，由于mPE的使用，可以提高產(chǎn)量高達(dá)20%左右，從而有效提高生產(chǎn)效益。

2.2 POP膜產(chǎn)品

POP（聚烯烴塑性體），是使用茂金屬催化劑生產(chǎn)的一種高性能C8單體共聚物，在高溫和低溫下均表現(xiàn)出出色的粘合力，優(yōu)異的光學(xué)性能和韌性，卓越的低溫?zé)岱庑阅埽ǖ推鸱鉁囟?，突出的熱粘和熱封?qiáng)度），極佳的加工性能和潔凈度（低氣味及析出物），廣泛應(yīng)用在高附加值復(fù)合包裝熱封層（鮮肉、奶酪，各類干食品等），低溫高速FFS充填包裝線和嚴(yán)苛包裝領(lǐng)域，設(shè)備保護(hù)膜（陽光板保護(hù)膜、電子設(shè)備保護(hù)膜等），個人護(hù)理、衛(wèi)生和醫(yī)療領(lǐng)域，塑料的改性（如TPE改性）等。

3結(jié)束語

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年至2015年茂金屬線型低密度聚乙烯的需求在國內(nèi)的年增長率為30%，到2025年國內(nèi)年需求量將達(dá)500萬噸，占國內(nèi)線型低密度聚乙烯市場份額的33%0目前我國茂金屬聚乙烯的需求量占亞太總量的50%左右，但樹脂幾乎全部依賴進(jìn)口，國產(chǎn)企業(yè)任重道遠(yuǎn)。