雙峰薄膜樹脂7000F的開發論文范文
一、前言
雙峰聚乙烯是指分子量分布曲線呈現兩個峰值的聚乙烯樹脂,與普通聚乙烯相比雙峰聚乙烯同時具備優良的物理機械強度和優異的加工性能---其中高分子量部分用以保證其物理機械強度,低分子量部分在樹脂中起到潤滑作用,用以改善產品加工性。這樣的雙峰聚乙烯在通過吹塑加工過程中,不僅加工性優于一般單峰分子量分布的聚烯烴,更容易加工,產率高,能耗低;而且由于熔體流動擾亂的減少,使產品力學性能更加穩定。
雙峰高強度膜專用樹脂產品具有極高的機械強度、剛度和良好的加工性能(在高速時),可以加工成要求沖擊大、振動阻力大和機械強度高的充氣管狀薄膜,適合于制作超薄薄膜、購物袋、廢物袋、重負荷的包裝袋、食品和雜物及高檔商品的包裝、保鮮薄膜,所產薄膜具有較強擬紙性和抗張性。國內對此種產品的需求目前主要依賴進口,每年要花費大量的外匯,在這種情況下,開發出市場缺口大、塑料加工業急需的高強度、高剛度超薄膜聚乙烯樹脂,占領市場,滿足用戶的需求,意義是極其重大的。
二、研制過程
我們根據用戶的需求,對國內市場進行了廣泛地調查、走訪,了解到塑料加工行業對日本高強度膜專用樹脂產品具有濃厚的興趣,國內需求量很大。因此,我們組織研究并進行試生產,并且對雙峰高強度膜專用樹脂產品的生產條件和產品質量指標作了多次改進,使雙峰高強度膜專用樹脂產品開發獲得成功。
1、雙峰高強度膜專用樹脂產品物性指標
對開發新產品而言,科學地制定出產品的基礎物性參數是一項十分重要的工作,基礎物性參數制定的是否合理,將直接影響著產品的使用性能和技術水平,也將影響到產品試生產工作能否順利開展。對不同用途的聚乙烯產品有不同的性能要求,但最主要的是要滿足下游用戶或加工行業制品標準的要求,為此,我們通過對國外同類產品及國內其它類型裝置同類產品的剖析,并廣泛征求用戶的意見、結合日本三井油化提供的數據,對產品的性能指標及操作條件重新研究設計了雙峰高強度膜專用樹脂的質量指標。
2、雙峰高強度膜專用樹脂產品合成工藝的研究
我們采取了淤漿法聚合工藝,原料乙烯和共聚單體(丙烯或丁烯-1)在以己烷為溶劑的聚合釜中通過催化劑作用,發生聚合反應,生成高密度聚乙烯(簡稱HDPE)產品,而雙峰高強度膜聚乙烯專用樹脂的基本物理是由三大特性---樹脂的熔體流動速率(MFR)、密度(D)、分子量分布(NNI)所決定,這些物性主要有聚合釜的操作條件來控制,另外好的助劑配方時樹脂在加工過程和使用過程中穩定性的基本保證。
2.1 生產方式
樹脂的分子量分布是通過改變兩臺聚合釜的連接方式進行控制的。聚合釜有三種連接方式:并聯A、并聯B與串聯方式生產。并聯A、并聯B方式生產分子量分布窄和中等寬度的產品,串聯方式生產分子量分布較寬的產品。因此,雙峰高密度聚乙烯樹脂的生產方式為串聯方式生產。
第一聚合釜生產的較高MFR的聚乙烯漿液,經閃蒸后進入第二聚合釜再次加入乙烯和共聚單體,在氫氣濃度的控制下,重新進行鏈的增長和轉移,生產較低MFR的聚乙烯漿液,然后再次閃蒸,并脫除未反應的氫氣和乙烯,再經分離、干燥、填加助劑、造粒、摻混后,才可得到最終產品。
2.2 兩聚合釜反應溫度的研究
反應溫度是促進反應進行的動力之一,反應溫度的高低對反應速度的快慢起著重要的作用,也影響著分子鏈增長方式,從而就影響分子的結構。雙峰高密度聚乙烯產品絕不是兩種分子量聚乙烯的簡單摻混,而是由其特殊的分子結構決定的,這種結構的產生與兩釜的反應溫度及兩釜之間的反應溫度梯度有很大關系,所以確定合理的反應溫度十分重要。根據串聯生產方式,確定兩釜溫度。 2.3 兩釜催化劑濃度的研究
聚合釜中催化劑濃度不僅用于控制反應速度的快慢,更主要的是用于調節分子量的大小。催化劑濃度越高,反應速度越快,鏈增長過程中飽合的也越快,分子量也就越小,才可以保證低分子量和高分子量部份所占的比例,從而使產品具有雙峰分布的行為,但這只是其必要條件之一。
2.4 兩釜乙烯進料比的研究
兩釜的乙烯進料比是一項非常重要的參數,它是決定高低分子量部份所占比例和分子量分布狀態的主要參數,對產品的加工性能有很大影響,不僅要設計絕對合理,而且要控制十分穩定。選擇一個理想的進料比是一件比較困難的事情,即要有理論上的分析,又要有實際的檢驗,結合裝置實際生產經驗,經過多組小聚合試驗,才確定出最終的兩釜乙烯進料比。
2.5 兩釜漿液的熔體流動速率(MFR)的研究
熔體流動速率是分子量大小的間接表征,熔體流動速率越大,則分子量越小,熔體流動速率越小分子量越大。另外,對于串聯牌號來說,第一聚合釜熔體流動速率的大小對產品分子量分布有較大影響,第二聚合釜熔體流動速率大小對產品的強度有較大影響,所以,兩釜漿液熔體流動速率選擇是否合理,對決定產品是否具有雙峰特性,有著重要意義,是一項十分重要的控制指標。根據產品的不同用途和特征,確定兩釜的熔體流動速率(MFR)。
三、產品加工評價
使用日本三井RZ-200催化劑試生產的雙峰高強度膜專用樹脂高強度高剛度微薄膜料,經幾家塑料加工廠家和日本三井油化進行加工應用試驗,試驗結果如下:
1、各試驗廠家的實測結果表明,雙峰高強度膜專用樹脂的物性指標完全達到了設計要求。
2、雙峰高強度膜專用樹脂產品具有較高的抗沖擊強度、機械強度和剛度等特點,具有良好的加工性能。用該樹脂加工出的薄膜,成膜性好,擬紙性強、手感好。在穩定的工藝條件下,其泡型穩定,薄膜表面均勻,具有較好的透明度、抗拉性能和撕裂強度,特別是它的印刷性能和熱封性能優良。該產品物性指標超過國內同類產品,達到國際同類產品水平。
四、結束語
雙峰高強度膜專用樹脂,通過多項指標檢驗和加工試驗,證明雙峰高強度膜專用樹脂牌號是一種性能優良的微薄膜樹脂,完全可以替代進口的HDPE7000F樹脂,同時在設計生產過程中,又充分考慮到了國內的生產現狀,因此我們的雙峰高強度膜專用樹脂料更能適合國內設備的加工條件。
1、雙峰高強度膜專用樹脂產品在HDPE裝置上,產品的各項性能指標完全達到了設計值。由此說明:雙峰高強度膜專用樹脂的三個基本物性指標:熔體流動速率(MFR)、密度(D)、分子量分布(NNI)的設計是準確的,聚合操作條件設計是合理的。
2、雙峰高強度膜專用樹脂產品的加工試驗表明,吹出的薄膜,強度高,耐高溫性能好,制品的外觀、魚眼等均達到了要求。
3、試生產期間在原料質量穩定的情況下, 由于使用的RZ200催化劑具有活性高、氫調敏感性好等特點使試生產期間漿液的熔體流動速率控制穩定,而且產品顆粒的熔體流動速率也控制在指標范圍之內。
4、雙峰高強度膜專用樹脂產品的其它各項質量性能指標,如拉伸強度、斷裂伸長率等指標都達到了產品的規定值。
5、使用新型催化劑RZ-200成功生產雙峰高強度膜專用樹脂產品,增加了我廠的塑料品種,拓寬了聚乙烯樹脂的市場,具有顯著的社會效益和經濟效益。
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