化學(xué)降解法生產(chǎn)高熔融指數(shù)聚丙烯的質(zhì)量控制經(jīng)驗

白曉琪

(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719100)

無紡布即非織造布，它是一種不需要紡紗織布而形成的織物，其種類繁多，不同的纖維原料、生產(chǎn)工藝可制成多樣的產(chǎn)品種類。根據(jù)成分有滌綸、丙綸、錦綸、氨綸、腈綸等，其中丙綸無紡布分為紡黏法、熔噴法以及紡黏和熔噴復(fù)合非織造布三大類[1]。近幾年來，無紡布取得迅猛發(fā)展，己經(jīng)變成一個新興的工業(yè)產(chǎn)業(yè)分支。紡黏法聚丙烯無紡布具有強度高、熔點低、密度小、化學(xué)穩(wěn)定性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于手術(shù)衣、口罩、尿布、購物袋、土工布及建筑防水材料等。

1 紡黏無紡布專用聚丙烯樹脂的生產(chǎn)方法

紡黏無紡布專用聚丙烯樹脂主要有三種生產(chǎn)方法，即高效催化劑氫調(diào)法、茂金屬催化劑氫調(diào)法和化學(xué)降解法生產(chǎn)[2]。

(1)高效催化劑氫調(diào)法。利用常規(guī)催化劑生產(chǎn)，溶體流動速率大于35 g/10 min的聚丙烯樹脂存在一定的難度，高效催化劑可以大大增加聚丙烯聚合反應(yīng)的氫氣敏感性，少量的氫就可以大幅提高溶體流動速率。

(2)化學(xué)降解法，也叫熱化學(xué)降解法。該方法的原理是將有機過氧化物添加到聚丙烯原料樹脂，通過熱化學(xué)降解，對聚丙烯溶體流動速率、相對分子質(zhì)量分布等主要參數(shù)進行控制調(diào)節(jié)。要求過氧化物具有一定的熱穩(wěn)定性，既能在聚丙烯熔融前分子保持相對穩(wěn)定，但又能在加工聚丙烯時，在較短時間內(nèi)生成大量的活性自由基，從而引發(fā)聚丙烯樹脂高分子鏈上β鍵碳原子斷裂，降低產(chǎn)品相對分子質(zhì)量，提高溶體流動速率，減小相對分子質(zhì)量分布。該方法具有工藝技術(shù)簡單、穩(wěn)定性高，產(chǎn)品相對分子質(zhì)量分布窄等優(yōu)點。

(3)茂金屬催化劑氫調(diào)法。在茂金屬催化劑的作用下聚合生成的聚丙烯可紡性較高，相對分子質(zhì)量分布只有2個單位，提高了紡絲速度，降低纖維纖度，用它做的紡黏無紡布均勻性好，阻隔性好。此外，由于茂金屬聚丙烯立構(gòu)規(guī)整度高，在剛性、屈服拉伸應(yīng)力、耐熱性、彎曲強度等性能方面表現(xiàn)優(yōu)異可生產(chǎn)性能優(yōu)異的纖維。

三種生產(chǎn)方法各有利弊，但調(diào)節(jié)熔融指數(shù)的基本原理大不相同。高效催化劑氫調(diào)法、茂金屬催化劑氫調(diào)法都是在聚合反應(yīng)過程中通過調(diào)整氫氣加入量來控制分子鏈的長短來實現(xiàn)熔融指數(shù)控制，而化學(xué)降解法是在擠壓造粒過程中通過加入降解劑來切斷分子鏈來調(diào)節(jié)熔融指數(shù)，相對于氫調(diào)法而言，化學(xué)降解法最大的優(yōu)點是轉(zhuǎn)產(chǎn)周期短、轉(zhuǎn)產(chǎn)靈活性高。

2 化學(xué)降解法高熔融指數(shù)聚丙烯生產(chǎn)難點及解決方法

針對2020年年初突發(fā)的新型冠狀病毒肺炎疫情防控的嚴(yán)峻形勢，全球口罩無紡布專用料市場供應(yīng)緊俏的狀況。中煤陜西榆林能源化工有限公司以L5E89(熔融指數(shù)3.3～4.3 g/10 min)為基礎(chǔ)粉料，通過化學(xué)降解法制得了ZM2040S高熔融指數(shù)(38±5 g/10 min)產(chǎn)品。

2.1 模板平面度要求高

高熔融指數(shù)料對擠壓機模板平面精度的要求極高，在轉(zhuǎn)產(chǎn)高熔融指數(shù)牌號前，應(yīng)提前檢測模板平面度，即使是新模板也要對其檢測。當(dāng)模板平面度較低但無條件進行更換時，應(yīng)提高刀壓并盡可能推遲切牌號時間，以使切刀和模板得到更好的接觸。如提高切刀刀壓后，墊刀料一直產(chǎn)生并出現(xiàn)惡化的情況，則應(yīng)暫時切回L5E89牌號，待墊刀料下降且穩(wěn)定后再切回ZM2040S牌號，實現(xiàn)間斷切換，避免造粒停車。

2.2 進刀、退刀壓差要平穩(wěn)

當(dāng)進刀、退刀壓差出現(xiàn)下降時，均會出現(xiàn)不同程度的墊刀料。因此在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品前，必須保證進刀、退刀壓差處于穩(wěn)定狀態(tài)。在生產(chǎn)ZM2040S牌號產(chǎn)品前期，由于切刀壓差波動較大，出現(xiàn)過擠壓機停車現(xiàn)象，在調(diào)整切刀壓差后，擠壓機能穩(wěn)定運行且拖尾粒及墊刀料數(shù)量明顯下降。

2.3 擠壓機筒體溫度不能過高

擠壓機溫度控制從截留閥-開車閥-熔融泵-連接段-換網(wǎng)器-模板呈階梯性下降，由于科佰隆擠壓機自身局限性，熱油溫控系統(tǒng)存在一個控制點控制三段溫度的問題，不具備單段溫度精細調(diào)節(jié)的能力，所以其各段溫度無法實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，尤其在螺桿剪切段極易出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，不利于樹脂成型。因此在每次生產(chǎn)高熔融指數(shù)牌號前，應(yīng)確保冷油系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮冷卻作用，如剪切產(chǎn)生熱量過高引起溫度上升的情況，則應(yīng)臨時接膠管輔以工廠風(fēng)對剪切段進行降溫。

2.4 熔融指數(shù)調(diào)整

采用化學(xué)降解法生產(chǎn)高熔融指數(shù)牌號產(chǎn)品，降解劑加入量調(diào)整幅度是整個生產(chǎn)過程的關(guān)鍵所在。如果將降解劑加入比例一次調(diào)整到位，則樹脂熔融指數(shù)將產(chǎn)生較大變化，模頭熔體壓力也會出現(xiàn)較大變化，極有可能導(dǎo)致粘連粒、片料劇增，甚至纏刀。因此，降解劑加入比例應(yīng)逐步調(diào)整，每調(diào)整一次比例，應(yīng)根據(jù)停留時間及顆粒外觀對擠壓機系統(tǒng)各參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，直至熔融指數(shù)合格。在往回切L5E89牌號時，由于熔融指數(shù)降低，熔體壓力升高，加上切粒機轉(zhuǎn)速及扭矩較高，在調(diào)整的過程中極易出現(xiàn)切粒機扭矩高報而停機的情況，因此切換操作應(yīng)更加緩慢，尤其是切粒機轉(zhuǎn)速調(diào)整幅度要小，建議控制在每次3 r/min。

2.5 失重稱波動

在轉(zhuǎn)產(chǎn)過程中，降解劑加入量逐步加大，初期失重稱的設(shè)定流量遠小于其最大下料量，降解劑的實際加入量與設(shè)定量偏差比較大。因此轉(zhuǎn)產(chǎn)初期應(yīng)盡量選擇一臺失重稱進行加劑，當(dāng)下料量無法滿足必須使用兩個失重稱加劑時，先調(diào)整一臺稱達到穩(wěn)定最小下料量時立刻啟動另一臺稱，降低降解劑波動對轉(zhuǎn)產(chǎn)帶來風(fēng)險。同時，由于負載壓力對失重稱計量影響較大，加降解劑時由于氣壓的沖擊會導(dǎo)致失重稱下料量出現(xiàn)大幅波動，因此在加劑時應(yīng)保證加入的速度要足夠緩慢，而且內(nèi)操崗與外操崗應(yīng)時刻保持溝通，嚴(yán)密監(jiān)視，加劑量出現(xiàn)波動時，必須立刻停止加劑。

2.6 擠壓機參數(shù)調(diào)整

擠壓機相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)需與粒料產(chǎn)品的熔融指數(shù)上升相對應(yīng)，否則在轉(zhuǎn)產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生塊料、串料，容易引起擠壓機停車。若出現(xiàn)串料現(xiàn)象，建議采取以下措施：

一是隨粒料產(chǎn)品熔融指數(shù)的上升，結(jié)合粒料外形，適當(dāng)提高切粒機進刀、退刀壓差及切粒機的轉(zhuǎn)速；

二是在轉(zhuǎn)產(chǎn)過程中，認真檢查粒料振動篩下部細小顆粒狀況，如有細料增多趨勢則在提高切粒機進刀、退刀壓差的同時，適當(dāng)提高切粒水溫度。

2.7 粒料難成型

由于降解劑過氧化物在擠壓機筒體中存在混煉降解不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致在模板不同位置的樹脂熔融指數(shù)及熔體壓力是不同的，可能出現(xiàn)未成型的癟狀料。針對此問題，應(yīng)主要通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，延長樹脂在擠壓機筒體內(nèi)的停留時間，同時提高擠壓機筒體溫度到230 ℃，保證降解劑混煉均勻。但是，提高擠壓機筒體溫度后，勢必會造成熔體溫度無法降低，在切粒過程中會產(chǎn)生較多拖尾粒，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況綜合平衡。

2.8 粒料產(chǎn)品氣味控制

生產(chǎn)過程中如降解劑殘留較多，揮發(fā)不夠充分，粒料會冒泡并伴有較大氣味。應(yīng)采取以下措施提高脫氣量：

一是增大截流閥開度，增加樹脂在擠壓機筒體內(nèi)的停留時間；

二是提高擠壓機筒體的平均溫度；

三是保持?jǐn)D壓機筒體排氣系統(tǒng)暢通，并提高脫氣頻次；

四是適當(dāng)增加粒料自摻混時間。

3 結(jié) 語

中煤陜西榆林能源化工有限公司以低熔融指數(shù)聚丙烯粉料為基礎(chǔ)原料，在擠壓造粒過程中，利用化學(xué)降解法，通過加入降解劑，并通過一系列相關(guān)調(diào)整，成功產(chǎn)出高熔融指數(shù)牌號目標(biāo)產(chǎn)品，且產(chǎn)品獲得下游用戶的一致好評。