高流动高透明薄壁注塑专用聚丙烯树脂的开发与应用

孙国辉

中国石化洛阳石化公司 河南 洛阳 471012

1 背景

薄壁快速成型聚丙烯树脂PPH-MN60自2016年3月生产以来，取得了较好的经济效益。近年来，随着国内食品包装行业、汽车行业、家电行业等领域的发展，不断追求薄型化和高品质；加之新增PP产能也不断进入行业竞争；再加上传统材料和新材料(比如PET、PS、PE、PLA、PBST等材料)用途的开发拓展，加大了薄壁市场激烈竞争。通过对下游不同领域薄壁市场的调研，尤其是对PPH-MN60的客户进行了多次调研和座谈，结合洛阳石化调结构、增效益的目标，2019年开始进行了大量的小试研究和用户评价，确定开发窄分布、高取向、晶型更规整、加工流变更好、成本更低的薄壁注塑专用聚丙烯产品PPH-MN70专用树脂，升级替代PPH-MN60，持续增强洛阳石化产品市场竞争力和增效能力。

2 生产过程

2.1 生产工艺简介 在双环管聚丙烯装置上，选择高活性、高氢调敏感性、高立构规整性且不含塑化剂的新型催化剂，采用对称加氢生产工艺，生产的聚丙烯粉料经汽蒸干燥后与复配成核剂按照一定比例加入到螺旋混合器M802中混合。混合后加入到双螺杆挤压机，经过混合、熔融、混炼、搅拌、加压后从模孔中挤出，由旋转的二十四把切刀于水下切粒后，再经脱水干燥、筛分，由风送系统PK803送至成品料仓。

2.2 生产过程 确认聚合单元正在使用HR催化剂生产PPH-T03，将反应器温度降低1℃，R201、R202氢气进料量可迅速提高，每次提量为500mL/m3，调整至目标值后稳定2小时，最后根据熔融指数情况对氢气进行调整，待氢气提到后在缓慢将温度提高至70℃。转产期间，每10分钟采样分析一次，当粒料连续两个化验分析结果在(70±10)g/10min时，启动所需添加剂秤，当添加剂秤运行平稳后切至空仓开始生产PPH-MN70。调整过程中注意反应器温度、压力、密度等变化，根据变化情况及时调整，保持生产负荷稳定，加强对造粒机运行参数的监控，特别是切粒效果，造粒机出现异常时及时停运，D502出料切至缓冲料仓D801。

2.3 生产难题的解决

(1) 通过优化外给电子体配制，稳定外给电子体的加入。聚丙烯树脂的等规度是衡量聚合物分子链中构型单元空间排列规整程度高低的量度。在生产过程中通过调整外给电子体配制比例，优化外给电子体的加入量，将产品等规度控制在97%至98%，以确保产品拥有较好的刚韧平衡性。

(2) 设计专用新型复合型成核剂。将熔融非敏感型成核剂A、成核剂B及通过特殊工艺处理后的混合成核剂(A+B)，在加有其他助剂的情况下,分别与一定质量的超高流动均聚聚丙烯、高流动抗冲共聚聚丙烯、中流动丙丁无规共聚聚丙烯混合均匀,经双螺杆挤出造粒机熔融挤出、造粒,制得不同聚丙烯树脂,并对聚丙烯树脂的力学性能、光学性能、结晶行为及结晶形态进行研究。结果表明:与未添加熔融非敏感型成核剂的同牌号聚丙烯树脂相比,添加熔融非敏感型成核剂后,同牌号聚丙烯树脂的弯曲模量和拉伸屈服强度均得到提高。三种聚丙烯树脂的熔体质量流动速率、简支梁缺口冲击强度、模塑收缩率保持不变。熔融非敏感型成核剂的加入,提高了聚丙烯树脂的白度、光泽度,以及热变形温度和结晶温度,较大改善了聚丙烯树脂的黄色指数和雾度,显著降低了聚丙烯树脂的半结晶时间。新型复合型成核剂(A+B)对超高流动均聚聚丙烯的改性效果更加显著。

(3) 优化工艺参数，降低产品气味。通过提高大闪蒸线温度、提高蒸汽蒸汽量、提高干燥温度降低聚丙烯粉料中挥发性有机物含量；通过提高挤压机筒体温度、提高抽吸系统风量、提高切粒水温度等措施进一步降低产品粒料气味。

3 应用情况

该产品经过一年多的小试、中试和用户评价，不断优化设计助剂包，2020年9月份PPH-MN70在2#聚丙烯装置进行首次工业化批量生产，首次生产1006吨，10月份放量至1806吨，11月份产量增加至2737 吨，截止11月累计生产近5500吨，预计2020年产量达9000吨。PPH-MN70投放市场后，得到下游客户的广泛好评，PPH-MN70较PPH-MN60加工电耗降低，单个成品克数减少，产品气味更低，制品透明性提升，下游加工制品的效率明显提高。

4 经济和社会效益

经济效益：与PPH-MN60相比，PPH-MN70吨产品加工成本降低66元，吨产品售价增加74元，吨产品效益增加140元，2020年产量为9000吨，增加效益为：140元/吨×9000吨=126万元。与通用料PPH-T03相比，累计增效547元/吨×9000吨=492万元。2021年排产计划6万吨，将成为2#聚丙烯最主要的盈利牌号。

社会效益：PPH-MN70的开发应用成功，为中石化、为薄壁加工领域提高了性能优异、绿色环保的新产品、新牌号，为下游加工提供了降低成本、提高效率、提升产品品质，提供了性价比更优异的选择方案。

5 产品创新点

5.1 选择性能更全面的催化剂体系，设计非敏感型复合成核剂，优化外给电子体的加入，独特的分子链结构、聚集态结构，降低了助剂添加成本。

5.2 聚丙烯产品的三维晶型结构更规整，具有高流动、高模量、高透明、窄分布、低析出、刚韧平衡性好等特点，属于高端壁快速成型聚丙烯树脂。

5.3 下游用户可以实现低加工温度，克重更低，电耗更低，透明性更好，制品生产效率更高等优点。

6 结论

6.1 洛阳石化2#聚丙烯装置在采用加氢法生产熔融指数达到70g/10min的产品时，反应器、轴流泵、造粒机等关键设备运行稳定。

6.2 采用新型催化剂，开发出高流动高透明性薄壁注塑料，产品熔融指数达到70g/10min，填补了国内高端薄壁注塑产品的空白，产品质量稳定、性能优良、低气味、成型时间短，其技术指标和加工应用效果达到国际先进水平。

6.3 复合型成核剂提高了聚丙烯树脂的透明性,以及热变形温度和结晶温度,改善了聚丙烯树脂的黄色指数和雾度,降低了聚丙烯树脂的半结晶时间，对超高流动均聚聚丙烯的改性效果显著。