小本体聚丙烯共混改性造粒工艺的设计

王佳群

【摘 要】聚丙烯以其低密度、低价格、优良的加工性能和良好的机械性能在许多领域得到了广泛的应用。此外，聚丙烯的缺点是低温脆性大、成型收缩率高、机械强度低、耐热性差。基于此，本文对小本体聚丙烯改性造粒工艺的设计进行了详细的论述。

【关键词】小本体;聚丙烯;改性;造粒

聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的热塑性聚合物，具有高熔点、高强度、高耐热性、高耐磨性及低蠕变性，还具有良好的抗张强度、刚性、耐应力、电绝缘性等优异性能。因此，它已渗透于工农业、交通运输、国防和民用塑料制品等各个领域，成为国民经济发展及科技进步不可缺少的基础原料与重要物资。

一、聚丙烯概述

聚丙烯简称PP，是丙烯通过加聚反应而成的聚合物。系白色蜡状材料，外观透明而轻。化学式为（C3H6）n，密度为0.89～0.91g/cm3，易燃，熔点165℃，在155℃左右软化，使用温度范围为-30～140℃。在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产，也用于食品、药品包装。

二、小本体聚丙烯粉料改性的必要性

用小本体聚丙烯生产的聚丙烯粉料平均粒径为0.5mm，表观密度为0.45～0.47g/cm3，熔融指数为0.4～0.8。在光、热、空气中氧的作用下易老化，产品质量低，不便于储存及后加工。在150℃下连续受热0.5h会变质，暴露在大气中12h则发脆，在室内存放120d也会变质。因此，在加工成品前，聚丙烯粉料必须掺入相应的添加剂，如抗氧剂、氯吸收剂等，以防止加工中变质及对后加工设备的腐蚀。添加剂的掺入在造粒工序中完成。这样能提高设备的生产能力，方便储运。

聚丙烯在耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性和机械性能方面优于聚乙烯，大多用于注塑成型，也可用于挤出及吹塑。然而，小本体聚丙烯不仅品种少、质量差，而且存在许多缺点，如成型收缩大、低温易脆裂、不易染色等。为了克服这些缺点，需对聚丙烯进行共混改性处理，以增加品种，提高性能。例如，聚丙烯与乙-丙共聚物、聚异丁烯和聚丁二烯等共混均可改善低温脆裂性;与尼龙共混可提高韧性、耐磨性、耐热性和染色性;与乙烯-醋酸乙烯共聚物共混可提高抗冲击强度、加工性、印刷性和耐应力开裂性。

三、聚丙烯共混改性的方法

1、聚丙烯与聚乙烯共混。聚丙烯与聚乙烯共混可提高其韧性，例如，掺入10～40%高密度聚乙烯的共聚物，在-20℃时，落球抗冲强度是聚丙烯的8倍以上，且加工流动性提高，适用于大型容器的注射成型。通常，聚丙烯和聚乙烯共混物的预期性能可通过改变其共混比例来调节。聚乙烯的加入可提高聚丙烯的抗冲强度、刚度、耐磨性能。

2、聚丙烯与乙-丙共聚物共混。聚丙烯与乙-丙共聚物共混可提高聚丙烯的抗冲击性能和低温脆性。这种共聚物也称为PP/EPR共混物。聚丙烯的另一种多元共混PP/PE/EPR具有较好的综合性能，随着共混比例和PP熔融指数的变化，共混综合性能范围也变得更广。EPR改性PP广泛应用于容器和建筑防护材料的生产，例如，PP/EPR共混物可用于生产劳动安全帽。

3、聚丙烯与顺丁橡胶的共混。PP/BR共混物的韧性能得到显著提高，例如，将小本体聚丙烯粉料（熔融指数0.4～0.8）与国产顺丁橡胶（门尼值44）以100：15（重量比）的比例共混，共混物的常温悬梁抗冲强度是PP的6倍以上，脆化温度从31℃下降到8℃。PP/PE/BR共混物的挤出膨胀率也较小，说明产品加工成型后尺寸稳定，不易变形。因此，PP/PE/BR三元共混物用于生产韧性好、抗张强度高、挠曲强度高的管材。

4、聚丙烯与其它聚合物的共混。除上述三种共混体系外，聚丙烯还可与其它一些聚合物共混。如聚异丁烯（PIB）、丁基胶（IIP）、热塑性弹性体（TE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等。这些共聚物能满足不同产品的性能要求，极大地拓宽了聚丙烯的应用范围。此外，PP/PE/EVA/BR具有优异的韧性及60kg/cm2以上的抗冲强度。

四、聚丙烯共混改性造粒工艺流程

当前，国内与小本体聚丙烯配套的有5kt/a共混改性造粒生产线，适合5kt/a小本体聚丙烯装置，不太适合10kt/a聚合装置。本文设计提出的系统适用于10kt/a聚合装置，所有设备均可在国内生产，集共混改性造粒于一体。共混改性造粒生产线主要由共混系统及造粒包装系统两部分组成。

1、共混系统。聚丙烯粉料由闪蒸釜卸料口经氮气系统送至造粒车间顶层旋风分离器，分离出的聚丙烯粉料进入聚丙烯贮仓，输送气体进入袋式除尘器，除去残留的聚丙烯粉料，返回氮气系统，残留的聚丙烯粉料也通过旋转给料阀进入聚丙烯贮仓。

在进料室内，人工将共混料放入进料仓，用负压吸引将共混料吸入高处填料真空仓，物料在重力作用下进入混料贮仓，混炼真空仓由真空泵抽空。

添加剂被放入进料室的进料仓，通过换向阀被吸入高处的添加剂真空仓。添加剂在双螺旋锥混料机中通过重力充分混合。添加剂真空仓由真空泵抽空。

由聚丙烯贮仓出的聚丙烯粉料及混合贮仓出的混料进入主配料秤计量，再通过螺旋给料机输送到主混合机混合。

聚丙烯粉料、混料和添加剂按一定比例配比。在主混合剂中充分混合，混合均匀的混合料进入中间贮料仓，然后进入造粒包装系统的造粒主机。

2、造粒包装系统。来自配混料系统中间贮料仓的聚丙烯混合料经分配阀进入造粒机料斗，由水平螺旋加料装置输送至双螺杆挤出机。在机筒内被电加热熔融，随着双螺杆同向旋转切刀在软化水中将挤出料条切粒。料粒和软化水的混合物在压力下进入静筛。料粒与软化水分离，软化水返回水箱循环使用。粒料进入离心干燥机，干燥后的粒料进入振动筛筛分。合格粒料由鼓风机送至粒料仓，不合格粒料回收。仓中的粒料进入双筒自流式包装机，包装后运至成品库。

造粒机主机内的润滑油由润滑油泵驱动，由润滑油冷却器冷却循环使用。造粒机主机快速换网由液压泵带动。水箱中的热软化水由切粒液力泵打入切粒冷却器冷却，冷却后的软化水返回造粒机主机循环使用。润滑油冷却器及切粒冷却器由循环水冷却。

五、共混改性造粒生产线的特点

1、利用真空泵吸引填料机添加剂，可减轻劳动强度及环境污染。聚丙烯闪蒸釜出来的粉料，采用正压氮送方式直接送至造粒车间，填料及添加剂采用真空负压输送至高位贮仓。气体输送自动化程度高，减少环境污染及物料损失。进料仓内设有磁铁及滤网，可去除物料中的多余物，保护造粒机。

2、自动化程度高。用可编程控制代替继电器控制，能提高装置的可靠性。

3、高精度电子秤用于配料称量。配料部分采用电子秤称量，精度高，量程改变方便。聚丙烯与填料共用一套称量系统，减少设备数量，降低成本。

4、低速混合机有利于节能降耗。低速混合机的优点是电机功率小，物料在混合机中的温升小，有利于造粒机进料。

5、操作安全，解决了填料难题。混合机后设一中间贮料仓，配有垂直进料器，與主机水平螺旋加料器配合使用，从根本上解决堵料问题。

6、采用先进高效主机。因主机采用直流电机及可控硅整流系统，调速范围宽、体积小、重量轻、效率高。

7、结构简单，噪音低。采用行星齿轮减速器及三轴传动系统，结构紧凑，工作平稳，噪音小。传动箱还用作润滑系统的油箱，简化了系统。

参考文献：

[1]郭连奎.小本体聚丙烯生产疑难问题及其解决策略[J].合成树脂及塑料，2015（05）.

[2]王慧卉 良国正.聚丙烯共混改性研究进展[J].广东化工，2014（23）.

（作者单位：克拉玛依鑫通远化工有限公司）