高密度聚乙烯

高密度聚乙烯

聚乙烯，聚乙烯英文名称：polyethylene ，简称PE，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α－烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良。

聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。采用不同的生产方法可得不同密度(0.91～0.96 g/cm³）的产物。聚乙烯可用一般热塑性塑料的成型方法(见塑料加工)加工。用途十分广泛，主要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。随着石油化工的发展，聚乙烯生产得到迅速发展，产量约占塑料总产量的1/4。1983年世界聚乙烯总生产能力为24.65Mt，在建装置能力为3.16Mt。

聚乙烯(PE)塑料一种,我们常常提的方便袋就是聚乙烯(PE).聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（ CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。

聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。

高密度聚乙烯，英文名称为“High Density Polyethylene”，简称为“HDPE”。HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。

HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级；在性能上达到最佳的平衡。高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。熔化温度220~260℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250℃之间。高密度聚乙烯是种白色粉末火颗粒状产品，无毒、无味，密度在0.940～0.976 g/cm3范围内；结晶度为80％～90％，软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低，这一点应用时要注意

一、合成工艺

HDPE的生产技术有3种，即浆液聚合，气相聚合和溶液聚合。

1、浆液聚合法

淤浆法技术是将乙烯与脂肪烃溶剂混合，生产的聚合物悬浮于溶剂中，生产过程中压力、温度较低，浆液聚合是生产HDPE主要方法，浆液法工业化时间早，工艺技术成熟，使用浆液法生产技术主要有Hostalen、Phillips、Irmovene S、Equistar、Borieas、cx、Equistar 等，浆液法根据反应器形式可以分为搅拌釜式和环管反应器2种。

(1)搅拌釜式浆液聚合

搅拌釜式浆液聚合典型代表为Basell公司的Hostalen技术和三井油化公司的CX技术，Hos．talen技术采用Hoeehst公司首创的搅拌釜工艺，使用双反应器，可以进行串联和并联使用，该工艺中，聚合反应溶剂为正已烷，催化剂为高活性z—N催化剂，乙烯和氢气混合后进入第一反应器，与催化剂混合发生聚合反应，反应器内聚合物以淤浆形式悬浮在己烷中，聚合温度约为80℃，聚合压力小于10 bar，此工艺可以生产产品密度范围为0．942～0．965 g／cm3，熔融指数范围为0．2～80，共聚单体为丙稀和丁烯一1，生产传统HDPE和双峰HDPE，高密度管材性能优异，适合制作受压管材，达到PE100+。淤浆法釜式反应器连续聚合工艺的特点是：操作压力和操作温度低；双釜反应器可通过采用并联及串联不同的形式生产单峰及双峰产品；工艺操作弹性高，产品牌号转换快，对原料纯度要求不高；共聚

单体采用丙烯，1一丁烯；采用已烷作溶剂，回收单元简单。目前该方法被世界上许多生产厂家采用。该工艺的特点是聚合在惰性烃稀释剂中进行的。

工艺流程为：将聚合乙烯（乙烯99.9%，乙烷0.1%）送入干燥器后与由正己烷组成的循环稀释剂一起再进入釜式反应器，催化剂采用载体上含有钛和锰、三乙基铝为助催化剂的牌号。加入少量的氢控制分子量，聚合反应形成的是聚乙烯颗粒，反应温度为90℃，压力为1.8MPa，反应可分两步在两个聚合釜中进行，生产的浓度为34%（质量分数）的淤浆固体，单体转化率可达97%。聚合物从第二反应器流出闪蒸至压力0.14MPa，闪蒸出来的未反应的乙烯、排出物中的乙烷及2%的环己烷稀释剂经两次压缩冷却到2.5MPa，去气提塔将乙烷回收去再循环中。闪蒸后留下来的淤浆经离心分离回收大部分稀释剂，固体滤饼送至干燥器中将挥发组分含量降至5%（质量分数）左右。该干燥器是以氮气保护做闭合循环进行操作的。干燥出来的聚合物粉末送至流化床干燥将所有烃稀释剂除去、干燥后聚合物颗粒送到混炼工段加入各种添加剂，然后造粒。

(2)环管反应器工艺

环管反应器工艺的典型代表是Phillips公司的Phillips工艺和INNOS公司的Innovene S工艺。Phillips工艺以异丁烷为稀释剂，采用铬系催化剂，催化剂在使用前要进行活化，活化后的催化剂粉末在氮气保护下与高纯度的异丁烷形成催化剂淤浆，然后进入环管反应器，原料乙烯单体经过精制后，与氢气、共聚单体己烯一1进行预混合然后注入环管反应器，乙烯在催化剂的作用下生成聚乙烯。轴流泵保持反应器内物料的高速流动和非常均匀地混合，反应热由夹套冷却水均匀地撤出。本工艺生产MI范围为0．1 5—1 00，密度0．936—0．972 g／cm3。环管反应器工艺的特点是：设备较少，流程短，投资成本低；不产生蜡和齐聚物，不粘壁；粉料形状好，易于输送；反应热依靠反应器夹套冷却水取出，撤热容易，调整方便；原料要求较高，需净化；共聚单体采用己烯；采用异丁烷作溶剂，易于脱出残留溶剂。

其工艺流程为：新鲜的聚合级乙烯在干燥后将配制分子量调节剂氢，防冻剂和循环稀释剂异丁烷混合后送入多环管连续流程反应器中，并将催化剂补充异丁烷充入反应器内。反应温度为106.7摄氏度，压力为3.9MPa。聚合物和稀释剂余浆借助轴流泵在6m/s的速度下通过环管反应器。反应器夹套中的水冷却控制反应温度，聚合物固体由环管反应器中竖式沉降口排出。从而使淤浆浓度可达到55%，转化率为98%—99%。聚合物排出后去闪蒸将异丁烷及残余单体排出到稀释剂回收装置中。其他固体聚合物与添加剂混合并造粒。

2 、气相聚合法

气相聚合法（气相流化床法）工艺典型代表为DOW化学公

司的univation技术和INNOS公司的Innovene技术univation 技术工艺采用低压气相流化床反应器，采用z／n催化剂及铬系催化剂，净化的原料注入反应器，在催化剂贮作用下产生聚合反应，反应在85～110。【=．压力为2．41 MPa下进行，乙烯单程转化率约为1％～2％，反应热的撤除主要通过循环物流的冷却，生产产品MI范围为0．01～150，密度范围为0．915～0．970 g／cm3。气相流化床聚合反应工艺的特点是：操作压力低，温度低；可生产全密度聚乙烯；催化剂体系包括钛系、铬系；茂金属催化剂；对原料纯度要求高，所有原料均要精制；不需用溶剂，能耗低，维修和运行费用低。生产工艺是：干燥的单体与氢气一道加到反应器系统中，原料加进一个大循环蒸汽流回路，并通过气体分配由进入大型流化床反应器的底部，根据设计反应器原料有69.57%乙烯（乙烯含量为99.9%，0.1%为乙烷）、10.43%氢、7.56%乙烷和12.44%氮。这一原料气组成生产出来额产品具有8g/10min的熔体指数和0.964g/cm³的密度。催化剂由三氯化钛和四氢呋喃为促进剂的二氧化镁混合物，助催化剂为三乙基铝。催化剂以固态形式同氮气一道从不痛反应器部位进入器内。操作温度为105℃，具体温度根据产品牌号定。反应器操作压力为2.0MPa，反应气体从反应的顶部出来经旋风分离器讲含有固体物末的催化剂分离出来送回反应器去。然后从旋风分离器出来的气体经压缩和循环冷却器后循环至反应器底部。反应器排料通过一气闸系统间歇地将产品颗粒送到料罐。进入出料罐的部分气体经上部的缓冲罐、过滤器、气体冷却器、分离罐进入压缩机循环系统。聚合物从出料罐下部出来进入吹洗罐及后处理系统中去。后