聚丙烯的聚合工艺和应用

聚丙烯的聚合工艺和应用

摘要：简要介绍了聚丙烯的现状及基本特性，综述了了几种常见的聚丙烯的聚合工艺，并对聚丙烯的应用作了总结。

关键词：聚丙烯；聚合工艺；应用

前言

聚丙烯(PP)具有价廉、质轻、加工性能好、应用范围广等优点，全球的需求量越来越大，生产能力不断提高。全球PP的生产能力2004年为4.13Mt，2005年达到4.80Mt。近几年PP的生产能力以每年5．9％的速度增长。PP产量和需求量急剧增长的原因主要有3个方面：一是PP 材料的性价比高、环境友好；二是生产PP的催化剂和聚合工艺不断进步，提高了PP的性能，使其应用领域不断扩大；三是简化了生产工艺，降低了生产成本。

聚合工艺

目前PP生产主要采用气相工艺和本体工艺，全球气相工艺和本体环管工艺生产的树脂产量的快速增长对淤浆工艺的产品具有很大的挑战性。进入20世纪90年代以来，淤浆工艺逐步被淘汰。全球PP生产工艺中，Basell公司的Spheri环管／气相工艺占主导地位，目前该工艺生产的PP约占全球PP总量的50％；其次是Dow Chemical公司的Unipol气相工艺、BP公司的Innovene气相工艺、NTH公司的Novolen气相工艺、三井石化公司的Hypol釜式本体工艺、Borealis公司的Borstar环管／气相工艺等，世界各地在建和新建的PP装置基本上都采用气相工艺或本体工艺。尤其是气相工艺的快速发展正挑战居世界第一位的Spheripol工艺。

据NTH公司称，1997年以来，世界范围内许可的PP新增能力的55％都是采用Novolen气相工艺。除以上主要的PP生产工艺外，原Montell公司于20世纪90年代又成功开发了反应器PP合金Catalloy和Hivalloy技术，这两项技术的成功开发为PP的树脂高性能化、功能化以及进入高附加值应用领域创造了条件，现均已实现了工业化生产。另外，Basell公司、Borealis公司等也在PP生产技术方面有所突破。[1]

此外，为了改善聚丙烯性能和扩大应用领域，应用共混技术也是一种有效的途径，通过共混，人们获得了许多性能突出的改性聚合物材料，应用此法大大地拓宽了聚丙烯改性技术，满足了不同应用场合的性能要求。如用各种添加剂、改性剂与聚丙烯共混方法提高聚丙烯塑料的韧性、室温下冲击强度和扩大热变形温度范围；可使聚合物的抗菌、吸水性能、粘合强度大幅度提高。开发各种可染丙纶切片，使制取的聚丙烯纤维染色性能优良。加入成核剂提高聚丙烯的透明性，以生产包装瓶。

1.Borstar PP工艺

Borealis公司开发的PP新工艺Borstar是一种通用技术，用于生产均聚物、无规共聚物、多相共聚物以及极高橡胶含量的多相共聚物。Borstar PP工艺可生产熔体指数为0．1～1200 g／10 min的PP。目前所使用的是Ziegler-Natta催化剂，以后将可能使用单中心催化剂Borstar PP工艺可生产刚性更大，更韧及更软的PP，以满足特殊产品的需求，如低蠕变、高熔体强度及优异的光学性能。

Borstar PP工艺包括一个环管反应器(在超临界或高温下运行)，并串联～个流化床气相反应器。若需要生产多相或高级多相共聚物，可使用气相反应器。由于Borstar PP工艺不限制所用氢气的浓度，因此可直接在反应器中生产极高熔体指数的产品，并可以生产具有定制的相对分子质量分布的多峰品种。

Borstar PP工艺的环管反应器和气相反应器可以将大量共聚单体结合进无规共聚物中。通过一个或两个附加的生产橡胶相的气相反应器，可生产橡胶含量高达50％的热塑性聚烯烃(TPO)品种，而不需另外的掺混工艺，开辟了在汽车市场的应用潜力_1⋯。首套200 kt／a工业规模的Borstar PP装置已于2000年lO月在奥地利的schwechat建成投产。[2]

2. BP Amoco／窒素气相工艺

该工艺是在一个专用卧式活塞流反应器中进行气相聚合，采用一种专门开发的高性能催化剂，生产PP均聚物和乙烯一丙烯无规及抗冲共聚物。所用催化剂具有可控的形态、极高的活性和选择性。该工艺能耗低，乙烯一丙烯抗冲共聚物性能优异，过渡料极少，聚合物产量高，且提高了开工率。该工艺简单，因而该技术的最初基建投资少，生产成本低．而产品具有均匀性和极好的质量控制能力。目前全球共有5套采用该工艺的PP装置处于运转或建设中，装置生产能力30～300 kt／a。总生产能力近2Mt/a，总运转能力为880kt/a。[3]

3.三井油化公司的Hypol工艺

由日本三井油化公司与Montedison公司共同开发。用于生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。该工艺使用最先进的高效、高有规立构催化剂，是一种无溶剂、不脱灰工艺，省去了无规共聚物及催化剂残渣的脱除，可生产高品质的PP产品。每千克载体催化剂可生产20000～100000kg聚合物，聚合物的全同立构规整度可达98％～99．9％。聚合物具有窄的和可控的粒度分布，不仅可稳定装置的运转，且作为粒料更易运输。该工艺在全世界共有25套装置处于运转、工程设计或建设中，总生产能力为2Mt／a。[3]

4. Montell公司的Spheripol工艺

Spheripol工艺是世界E应用最广的PP生产工艺，全球约35％的PP生产能力采用该工艺。Spheripol工艺可生产宽范围的丙烯聚合物，包括均聚物、无规共聚物、三元共聚物、多相抗冲和专用抗冲(乙烯质量分数高达25％)共聚物以及高刚性共聚物。产品质量极佳，且基建及运转费用低，每千克催化剂可生产30 000 kg聚合物。该聚合物具有可控的粒度分布，全同立构规整度为90％～99％。

目前Spheripol工艺在26个国家共有65套装置运转，总生产能力超过9.5 Mt／a。另有16套装置处于工程设计或建设中。全球总许可的生产能力超过12 Mt／a。单线生产能力40～300 kt／a。[3]

5. Targor公司的Novolen工艺

由Targor的母公司BASF公司开发，使用一个或两个气相搅拌反应器和BASF公司开发与生产的载体催化剂，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物，包括TPO。

Targor公司在欧洲共有1.7Mt／a的PP生产能力。1999年，该公司在德国Wesseling建成一套225 kt／a的抗冲共聚物生产装置。Targor公司还计划在西班牙Tarra90m建一套225 kt ／a的均聚物生产装置，于2001年投产。全世界采用该工艺的生产能力共4 Mt／a，装置单线生产能力为60～225 kt／a，共有39条生产线处于运转、工程设计或建设中。[3]

6.Union Carbide公司的Unipol工艺

该工艺采用一个或两个气相流化床反应器以及SHAC载体催化剂，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。熔体指数、等规度和相对分子质量分布可通过选择适当的催化剂、调整操作条件和添加相对分子质量控制剂进行控制。通过向反应器中加人乙烯或丁烯来生产无规共聚物。乙烯加入到串联的第二反应器中用以生产抗冲共聚物的橡胶相。

Unipol工艺简单，投资和运转费用低，污染低，易于操作和维修。可生产熔体指数为0.1～3000 g／10min、全同立构规整度高达99％的均聚物，以及最高乙烯质量分数为12％或最高丁烯质量分数为14％、具有宽熔体流动范围的无规共聚物。可生产抗冲共聚物，产品具有优异的刚性和抗冲击平衡性能。可生产由窄到宽相对分子质量分布的产品，适用于薄膜、注塑、吹塑、挤出及织物应用。到2001年Union Carbide公司Pp生产能力可达725 kt／a。该公司在美国路易斯安那州的Norco拥有一套SHAC催化剂生产装置，为其Unipol PP工艺许可证获得者供应该类催化剂。全世界共有34套采用该工艺的装置处于运转、建设或工程设计阶段，单线生产能力80～260 kt／a，总生产能力接近6 Mt／a。[3]

7.住友化学公司的气相工艺