国内外聚乙烯情况(3)

2019-08-30 15:29

淤浆环管工艺中生产。被设计为有宽MWD的LDPE,被Phillips称为“低密度线型”聚乙烯,区别于有窄MWD的LLDPE。LLDPE树脂有极好的可加工性,由于宽MWD是以铬催化剂为基础的,所以能够在现有的膜挤出机上加工,而无须改进。. g) Univation工艺(UNIPOLⅡ)

Union Carbide公司开发的UNIPOL是第二代UNIPOL技术。UNIPOLⅡ是采用两个反应器系统,以可实现具有两种不同分子段的聚合物结构(如MWD、共聚单体结合、分子量等等)的制定。Union Cabide和UNIPOL的流动LLDPE树脂可以用传统高压LDPE吹膜设备加工,而不需改变挤塑模头或环。 3 开发中的非茂单中心催化剂体系

茂金属催化剂体系是目前用于烯烃聚合的单中心催化剂的第一主要家族,并已经被Dow,Exxon-Mobil和其它LLDPE生产商应用。

NOVA透露,一些新单中心催化剂正在开发中。这些新催化剂系统中的头两个已经在专利中透露,其结构与Exxon和Dow在二十世纪九十年代初工业化的单中心催化剂本质不同。NOVA的高活性单中心催化剂用于NOVA先进的SCLALRTECH技术(中压、高温、高强烈混合、低停留时间和双反应器)能够定制生产很宽范围、高密度和线型密度的聚乙烯。

在1996年公布的世界专利,Dupont和北卡罗来纳大学联合披露了新的后过渡金属单中心络合催化剂的制备和应用,尤其是镍和钯。Dupont和北卡罗来纳集团和BP化学/伦敦帝国学院分别独立工作,使这项开发继续延伸到其它第Ⅷ族金属。两个研究组已经公布了新型铁和钴聚合催化剂开发的研究成果。1999年3月,BP颁发了一项世界专利,探索这些催化剂的生产和应用;Dupont和北卡罗来纳的有关专利覆盖了铁和钴聚合催化剂的制备、丙烯在铁催化剂上的聚合。

这些催化剂的特点是在乙烯聚合反应中产生许多支链,有显著的温度和压力效应。使用镍催化剂时,压力增加,数均分子量增加,支链数减少,聚乙烯密度和熔点增高;若聚合温度增,则数均分子量减少,MWD变窄,支链数增加,度和熔点的降低。

后过渡金属催化剂(镍、钴、铁和钯)是基于生产普通查用的原料。生产催化剂的成本预计可降到与Z-N催化剂的水平。为了和Z-N或茂金属单中心催化剂在成本上竞争,助催化剂的使用量将需要明显地降低

4 冷凝态操作技术

“冷凝态操作技术”是近年来气相流化床工艺,其中最引人注目的一项改进技术,即通过把过冷的气体物料送入流化床反应器,来提高反应器的时空收率。该技术是美国UCC公司在1984年首先提出的。它采用把循环反应气冷却到露点以下,使其夹带的2%~20%液体再返回反应器,由于降低了反应器的入口温度,就能排除更多的聚合热,从而提高时空收率30%~70%。实践证明:只要原料中气液比足够高,使液体在被蒸发之前保持被夹带状态,就不会堵塞分布板,液体也不会在反应器底部积累,反应器完全可以正常运转。UCC称:采用这项工艺改进,对现有设备的唯一变动是增加一个折流板,以防在循环器入口区域形成一个低气速区,“冷凝态操作”不但可以提高反应器的生产能力,还可使反应器在较低温度下运行,有利于生产高级α-烯烃共聚物,减少共聚物结块的可能性。

由于流化床反应器的投资只占整套生产装置的10%~15%,而“超冷凝态气相工艺”对反应器进行扩能改造时,对其它设备如传热系统、排放系统、料仓等也需要做相应的扩能的改造,因此这部分追加投资的多少将成为制约是否采用“超冷凝态气相工艺”的一个关键因素。 5 生产双峰分子量分布树脂的技术

为了改善分子量分布较窄的高分子量聚乙烯(HMWPE)的加工性能,人们最初把它与一部分低分子量的PE共混,但这种共混物性能不均一,后来又采用“分段式反应器法”,以及在一段反应器中使用混合催化剂或多活性中心催化剂来生产双峰分子量分布的树脂。实践证明,双峰树脂不但可有效地改善树脂的加工性能,而且还具有更高的耐环境应力开裂性能和抗冲击性能,特别是在薄膜制品的应用中具有独特的“减薄”功能。

(Ⅰ)分段式反应器生产双峰树脂技术

近年来,该工艺己应用于气相流化床,1994年UCC公司开发成功的UnipolⅡ型气相流化床工艺就是利用分段式反应器生产双峰树脂的典型。用该技术生产出的高分子量双峰聚乙烯既有高分子量部分提供的高强度,又有低分子量部分提供的流动性能,其新产品分为两类:(1)易流动LLDPE,可用现有LDPE加工设备加工,生产的薄膜冲击强度比LDPE高43%。(2)高强度LLDPE,比现有LLDPE具有更优的加工性能,其冲击强度比Unipol己烯级LDPE高270%,1μm膜的拉伸和撕裂强度比现有LLDPE分别高380%及390%,甚至比Dow公司的第二代Dowlex辛烯级LLDPE和Mobil的己烯级的超强LLDPE更

具有降低膜厚度的潜力。

利用分段反应器生产双峰树脂,克服了共混型双峰树脂的不均一问题,具有操作灵活性大的优点,但其生产成本仍然较高。为了节省能源、降低成本,近年来不少公司都开发出了在一段反应器中生产双峰树脂的技术。

(Ⅱ)通过多金属催化剂生产双峰树脂技术

在一段反应器中生产双峰树脂,必须要求两种催化剂或两种活性中心能分别控制各自链段的分子量及对共聚单体的选择性,制出符合要求的双峰树脂,因此就对催化剂提出了更高的要求。

早期的多金属催化剂有在一种或两种载体上负载两种以上Ti、V、Zr的过渡金属催化剂,如USP4 918 038中的Zr-V催化剂、或Ziegler型催化剂活性中心与Phillips型活性中心共存的催化剂,甚至两种催化剂混用。

由于茂金属催化剂生产的PE分子量分布很窄,难于加工,因此为了改善产品的加工性,许多公司都把茂金属催化剂生产的树脂“双峰化”。如1993年,BP公司在其流化床工艺中使用茂金属与Z-N混合催化剂体系,生产出超韧、高强的双峰LLDPE;BP公司还用两种茂金属混合催化剂体系生产出HDPE双峰膜树脂,其韧性及纵/横向撕裂强度比目前的分段式反应器生产的双峰树脂还要好。另外,Exxon公司也采用两种或多种茂金属催化剂体系生产出具有双峰分子量分布的新一代增强LLDPE。 6 不造粒技术

随着催化剂技术的进步,现在已出现了直接由聚合釜中制得无需进一步造粒的球形PE树脂的技术。直接生产不需造粒树脂,不但能省去大量耗能的挤出造粒等步骤,还可使从反应器中得到的低结晶产品不发生形态变化,这样有利于缩短加工周期、节省加工能量。如Montecatini近年来已成功地利用球形MgCl2载体催化剂生产出无需再造粒的球形全密度PE。

在不造粒技术方面走在前列的是Himont公司,该公司以其Spheripol PP工艺为基础,近年又开发成功了Spherilene PE 工艺,该工艺采用负载于MgCl2上的钛系催化剂,由反应器直接生产出密度为0.890~0.970g/cm3的PE球形树脂颗粒,产品包括LDPE、LLDPE和HDPE,甚至在不降低装置生产能力的情况下生产VLDPE和ULDPE。由于省去了造粒工序,可使装置投资减少20%。该工艺把淤浆法预聚技术与气相流比床技术结合起来,反应先在一个小环管反应器中进行,然后预聚物连续通过一个或两个短停

留时间的气相流化床,两个气相流化床中可控制及维持完全独立的气体组成,温度和压力可独立控制,实现了产品设计更大的灵活性。

Spherilene工艺的核心是其催化剂技术,有人把它称为“颗粒反应器技术”。该技术使用的球形钛系催化剂在物理和化学结构上显示出三维空间的特点,可人为地控制载体本身的物理化学性能,并控制活性中心在载体上的分布。其原理为:通过控制载体的孔隙率,使活性中心优先分布在表面,致使单体扩散能力受限,这样在聚合过程中就可以得到层状或空心的聚合物颗粒,而颗粒本身又成为一个反应器,引入其中的其它单体,则可在中空颗粒内部的活性中心作用下聚合或共聚,从而生产出分散非常均匀的聚合共混物或称聚合物合金。采用不同的单体配方,可得到均聚物、共聚物、弹性体以及其它功能性聚合物,由于产物具有良好的颗粒形态,可不造粒直接出厂,大大节约了能量。据称,目前全世界需求的催化合金全部由Himont公司提供(约9万t/a)。 7 共聚技术

采用共聚技术对PE进行改性,近年来得到长足的发展,低压PE工艺的明显进展之一就是HDPE和LLDPE的共聚单体从丁烯-1向高级a-烯烃(己烯、辛烯-1和4-甲基-戊烯-1)转变。一般认为长链单体共聚的LLDPE比短链单体共聚的树脂具有更高的整体韧性和强度,且长链单体对LLDPE树脂性能改善的峰值处于己烯-1与辛烯-1之间,而辛烯-1共聚的LLDPE韧性最好。随着新型具有良好共聚性能催化剂(特别是茂金属催化剂)的开发成功,以及冷凝态和超冷凝态进料技术的应用,许多公司已能够经济、有效地生产高级a-烯烃共聚的LLDPE树脂。如Mobil公司在气相流化床反应器中采用茂金属催化剂,在与Ziegler催化剂相同的条件下,用己烯共聚生产超强LLDPE,其透明度甚至好于LDPE,雾度约为6%(一般LLDPE约为16%),而冲击强度高达7.85N(普通LLDPE为1.77N,高强度LLDPE为4.41N);Dow公司的Dowlex辛烯共聚LLDPE同样具有类似的性能。

超低密度聚乙烯(VLDPE)是近年来发展很快的一类乙烯共聚物,即聚合时采用具有极好共聚性能的催化剂,用此生产LLDPE时更多的共聚单体(20%左右),可得到密度小于0.915g/cm3,甚至0.86g/cm3的VLDPE。它在韧性、强度、柔性、热封性、光学性能等方面具有良好的综合性能。由于VLDPE结晶度低,因此具有优良的低温抗冲性,最适于作冷冻食品包装袋等低温薄膜制品;近年来开发的宽分子量分布的VLDPE与EVA、LDPE相比,具有更好的热封性,且加工性能与EVA、LDPE相近(好于LLDPE)。

另外,双功能催化剂技术作为一种能原位生产出共聚单体的新型共聚技术,近些年也得到了发展。所谓双功能催化剂,就是催化剂中的一种活性中心在乙烯聚合反应器内,首先使乙烯二聚或三聚生产出丁烯-1、己烯-1,而另一种活性中心则使这些共聚单体原位与乙烯共聚生产LLDPE。双功能催化剂按其活性组分可以分为有机铬与无机铬化合物组成的双功能催化剂,Ti(OR)4/AIR3与Ziegler催化剂组成的传统双功能催化剂,以及近来出现的Ti(OR)4/AIR3与茂金属催化剂组成的双功能催化剂等。采用双功能催化剂技术,可以解决共聚单体的来源问题,并使LLDPE的产品成本降低10~20$/t,国外一些厂商称,他们已能在反应器中原位生产50%所需量的共聚单体。 三 国外PE专用料生产和开发

1 树脂牌号向多功能化、系列化、高性能方向发展

为适应市场和众多用户要求,生产厂可供牌号数越来越多,日本1995年能生产的LDPE牌号己多达2192个,HDPE牌号845个。。德国BASF公司LDPE牌号有122个,日本住友公司有88个,美国Dow化学公司有67个,英国ICI公司有64个,而且牌号向多功能化、系列化、高性能化方向发展,国际塑料界提出的三个目标:提高性能、降低成本和提高可回收性。

新牌号开发是产品拓宽和占领市场的基础,如HMW HDPE为HDPE消费增长起了十分重要的推动作用,HMW HDPE树脂包括吹塑级和薄膜级两大类,吹塑级可作汽车油箱、垃圾桶、海洋浮标,带环220升大桶、农用化学品贮罐等大型容器。德国BASF公司为汽车油箱开发的牌号Lupoien 4261A,日本东燃石化公司推出了B5742牌号,最近报道Fina公司商业化轻质汽车油箱HDPE牌号Finathene WR201B/WR 201BN,特点是薄壁油箱仍有良好的刚性,能降低汽车油箱材料成本、缩短成型周期和生产总成本。油箱重量比现有牌号生产的轻10%左右,仍能保持良好的低温(-40℃)抗冲击强度,HMW HDPE薄膜软科学性能好,挺括性、开口性优于LDPE薄膜,在性能相近前提下,比一般LDPE薄膜能减薄50%左右,比一般LLDPE减薄20%~30%,日本HDPE薄膜占HDPE消费量的35%左右,而其中约95%为超薄薄膜。国外HDPE厂家都能生产HMW HDPE薄膜级牌号,如著名的日本三井石化的Hizex 7000F在公司年产量中占相当大。其他牌号有:旭化成的F180A、沙特SABIC的F00948、Mobil的HTA-001、Borealis的DMDS0906等。国外农膜采用EVA等高性能品种牌号,而LDPE专用牌号的MFR都<2g/10min,满足农膜强度和耐老化性能要求。


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