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一 PP工艺介绍 1 basell公司的 Spheripol 工艺
拥有 Spheripol工艺的 Basell公司是壳牌公司(Shell)的全资子公司 Montell与巴斯夫公司(BASF)的全资子公司 Targor 以及 Elenac(BASF 与 Shell 的各占 50%股份的合资公司)在聚烯烃业务领域联合组建的公司,成立于 1999 年。,Basell公司是目前世界最大的聚丙烯生产商,聚丙烯生产能力 579 万吨/年,它在 17 个国家建有 28 个聚丙烯工厂。同时,它也是世界上最大的聚丙烯专利商,截止 1999 年,Basell已转让了 85 套 Speripol聚丙烯装置的许可证,使用该技术的聚丙烯装置总能力达 1300 万吨/年。该公司拥有强大的研究和设计能力,在聚丙烯研究开发和生产领域一直处于领先地位。 Spheripol工艺是一种液相预聚合同液相均聚和气相共聚相结合的聚合工艺。该工艺采用高效催化剂,生成的聚丙烯粉料粒度分布可以调节,既可宽又可窄。均聚反应器为两个串联的环管式反应器,具有传热系数大、单位体积产率高、流速快、催化剂体系分布均匀,反应条件较易控制、产品转换快、结构简单、材质要求低等特点。由于均聚生成的聚合物颗粒较大,呈球状,不仅流动性好,且不像细粉那样容易被气流吹走,因此该工艺的气相反应器采用密相流化床形式,不需要像稀相流化床反应器那样在上部留有很大的气固相分离空间,从而可以缩小反应器体积,进而降低造价,节省能耗。
由于该工艺催化剂性质优异,聚和工艺配合得当,并在设计上按聚合反应的停留时间与充分发挥催化剂的作用达到平衡,因此产品不必进一步处理就能达到所要求的性能。可以生产全范围、多用途的各种产品,包括三元共聚和聚烯烃合金等。其均聚和无规共聚产品的特点是净度高,光学性能好,挥发物含量低、无异味。多相共聚产品具有高刚性、高抗冲和高结晶度的特点。 Spheripol工艺目前已发展到第二代,与采用单环管反应器的第一代技术相比,第二代技术使用双环管反应器,操作压力和操作温度都明显提高,可生产双峰聚丙烯。催化剂体系采用第四代或第五代 Z-N 高效催化剂,增加了氢气分离和回收单元,改进了聚合物的高压和低压脱气设备,汽蒸、干燥和丙烯事故排放单元也有所改进,增加了操作灵活性,提高了效率。原料单体和各项公用工程消耗也显著下降。
第二代 Spheripol技术的产品无论从牌号数量还是产品质量都比第一代技术有很大提高,产品颗粒度更加均匀,产品的熔体流动指数范围更宽,可从 0.3 到 1600,并可生产高刚性、高结晶度和低热封温度的新牌号。能生产均聚、无规共聚和抗冲共聚物共 102 个牌号的产品。产品应用范围:挤出、热成型、膜片、铸膜、纤维、吹模、注模。产品特点:防热、防老化、防静电、高透明、防结块。产品的熔融指数、挠曲模量、屈服强度都可在较宽范围内调整。最大可生产达 1000 以上的反应器级产品,该产品主要用于薄壁包装。 2 UCC-Shell公司的 Unipol工艺 Unipol工艺是联碳公司和壳牌公司在八十年代中期联合开发的一种气相流化床聚丙烯工艺,是将应用在聚乙烯生产中的流化床工艺移植到聚丙烯生产中,并获得成功。该工艺采用高效催化剂体系,主催化剂为高效载体催化剂,助催化剂为三乙基铝和一氧二乙基铝和给电子体。 Unipol工艺具有简单、灵活、经济和安全的特点;该工艺只用很少的设备就能生产出包括均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物在内的全范围产品,可在较大操作范围内调节操作条件而使产品性能保持均一。因为使用的设备数量少而使维修工作量小,装置的可靠性提高。
由于流化床反应动力学本身的限制,加上操作压力低使系统中物料的贮量减小,使得该工艺比其它工艺操作安全,不存在事故失控时设备超压的危险。此工艺没有液体废料排出,排放到大气的烃类也很少,因此对环境的影响非常小,与其它工艺相比,该工艺更容易达到环保、健康和安全的各种严格规范。
该工艺的另一显著特点是可以配合超冷凝态操作,即所谓的超冷凝态气相流化床工艺(SCM)。该技术通过将反应器内液相的比例提高到 45%,可使现有的生产能力提高
200%。由于液体含量多少不是流化床不稳定、形成聚合物结块的基本因素,因此该技术关键的操作变量是膨胀床的密度及膨胀松密度与沉降松密度的比例。由于超冷凝态操作能够最有效的移走反应热,它能使反应器在体积不增加的情况下提高 2 倍以上的生产能力,对于投资的节省是非常可观的。
该工艺能生产均聚、无规共聚和抗冲共聚物,产品基础牌号 60-70 种。UCC 生产均聚物的等规度:93-98%;融流指数:0.6-35;产品应用范围有纺织纤维、薄膜、硬形包装、软形包装、家用电器、容器、桌、椅等。 3、Borealis 公司的 Borstar PP工艺
拥有 Borealis 工艺技术的北欧化工公司成立于 1994 年,是全球第四大聚烯烃生产商,主要生产双峰形式的聚乙烯,该公司从 1999 年涉足聚丙烯领域,并于 2000 年建成第一套聚丙烯装置。Borealis 的聚丙烯工艺采用模块结构和多级聚合技术,能在很大范围内决定分子量分布和获得刚性与韧性相结合的产品。 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。Borealis 工艺采用一个环管反应器和一个气相反应器组成基础模块,生产均聚物。这种设计可以有效控制分子量分布和产品等规度。其环管反应器在超临界状态下操作,反应温度 80-95℃,反应压力 5-6MPa。在此状态下,反应器内的液体成为超临界流体,密度较低,热传输能力强。由于催化剂活性在高温下增强,所以反应转化率提高,可溶低聚物的量更低。在超临界状态下可加入更多的氢气,因此可生产熔体流动指数 MFR很高的产品。采用气相反应器作为基础模块的一部分,环管反应器的出口不需要蒸汽加热来使未反应单体气化,因为未反应单体进入气相反应器后由于压力变化被自动气化,同时气化吸热还可以带走气相反应热,这种流程的设计比双环管反应器更注重能量的综合利用,并且环管/气相反应的产率比易于控制。 Borealis 工艺的另一个特点是先进的工艺控制——BorAPC,与传统的 DCS 相比,它的多变量控制器可以进行大量数据的输入与输出;具有预测能力,可估算未来值,并进行反馈;高效安全地处理边界条件,防止超出工艺极限。采用 BorAPC,可以降低生产波动,大大提高反应的可重复性和产品的质量稳定性。
由于聚合反应在临界下进行,要求催化剂在极端反应条件下具有优良的综合性能。
Borealis 工艺专有的催化剂以 Ti/Zr 为主体,具有高活性、耐高温、对氢气敏感等特点,且在高温下,分子量分布变窄,接近单中心催化剂性能,可生产无规度较高的产品、柔性聚丙烯和高效成核(不加成核剂)聚丙烯。但由于该工艺是 90 年代开始起步的,相对其它工艺而言发展历史较短,在世界聚丙烯技术市场所占比例不大。 4 BP-Amoco 公司的气相法工艺 Amoco 气相工艺的一个显著特点其独特的反应器设计,使反应器内的物料具有良好的径向混合和低的轴向分散。反应器为卧式,内有机械搅拌,搅拌叶片与搅拌轴成 45 度角,以便对整个反应床层进行缓慢而有规律的搅拌。催化剂从反应器一端加入,聚合物粉料从反应器另一端出去,物料的停留时间分布接近柱塞流形式,且分布比较窄,因此能够保持产品冲击强度和刚性之间的平衡。 Amoco 工艺的撤热方式是丙烯闪蒸。液体丙烯以一种能保持反应器床层干燥的方式从各个进料点喷入反应器内,液体丙烯汽化后,其单体的分压小于它的露点,并足以撤走反应热。操作中必须严格控制液体丙烯的进料速度和其在反应器中的汽化,以保证床层干燥程度、流化程度与反应温度范围之间的平衡。
气锁系统是该工艺的另一特色。当物料从第一反应器输送到第二反应器时,气锁系统可避免两反应器互相串流。尤其是生产共聚物时,两反应器的气相组成不同,第一反应器中含有大量氢气,同时第二反应器中含有乙烯和少量氢气,如果第一反应器中的氢气进入第二反应器或第二反应器中的乙烯进入第一反应器,都将严重影响产品质量,因此将两反应器隔离是关键。
该工艺主催化剂采用 Amoco 的专利—CD催化剂,具有高活性和高选择性。该工艺产品的熔体流动指数范围在 0.1-60,能生产低温冲击强度与挠曲模量保持平衡的产品。该工艺的不足之处是产品中的乙烯含量(或橡胶组分比例)不高,不能获得高抗冲和超高抗冲牌号的产品。尽管高乙烯含量的产品已在试验装置中生产出来,但还没有商业化。
该工艺能生产所有的均聚、无规、高抗冲共聚 PP80 多种牌号,物理性能优秀,光泽度控制可高可低,产品应用范围广泛:注模、胶片、挤压模塑、板材、胶带、纤维和硬质包装,MFR一般:小数-60。气相法工艺不存在产品的溶解或溶胀问题,适于生产含有乙/丙橡胶相的嵌段共聚物产品。 5、ABB-Lummus 的 Novolen气相法技术 1999 年随着 BASF 和 Shell公司在聚烯烃业务领域的合并成立 Basell公司,根据反垄断法,一个公司不能同时拥有 Speripol和 Novolen两项聚丙烯专利技术,因此 Basell公司把
Novolen技术及相应业务出售给 Lummus 和 Equistar 公司。全世界采用 Novolen 技术的聚丙烯生产装置有 19 套(亚太 9 套,西欧 4 套,美国及南美各 2 套),合计生产能力 313 万吨
/年。 Novolen工艺是采用两台 75m3 的立式气相搅拌釜,单台反应器能力 18 万吨/年。为了实现 30 万吨/年以上的生产能力,Novolen工艺可灵活安排反应器布置方式,根据需要使两台反应器串联或并联,具有较大的生产灵活性。用单釜可生产均聚物、无规共聚物及三元共聚物;用串联的双釜可生产抗冲或嵌段共聚物;用并联的双釜可使均聚物的生产能力提高 70-100%。 Novolen工艺所用的催化剂体系不够理想,因为其活性不够高,催化剂的用量相对较大,聚合物中残留的挥发性成分严重影响产品质量,因而得到的聚丙烯产品需要经过脱臭处理。 Novolen工艺所用的气相反应器内装有双螺带式搅拌器,该搅拌器能够使催化剂在气相聚合的单体中分布均匀,尽可能使每个聚合物颗粒保持一定的钛/铝/给电子体的比例,以此解决气相聚合中气固两相之间不易均匀分布的问题。但其缺点是动力消耗比液相搅拌大得多,挤压造粒单元需配的辅助系统较复杂。
聚合反应器的撤热方式是靠丙烯气的循环。液态丙烯用泵打入反应器,通过丙烯的气化吸收一部分聚合反应热,未反应的气态丙烯用水冷凝后使其液化,再用泵打回反应器使用。由于丙烯聚合的反应热为 2093.4KJ/Kg,液体丙烯的蒸发潜热为 334.9KJ/Kg,所以带走 1 吨丙烯的聚合反应热需要 6-7 吨的循环气体。 Novolen工艺可生产范围广泛的各种聚丙烯树脂,产品熔体指数 MFR范围 0.1-100,产品的等规度 90-99%,拉伸模量最高可达 2400MPa。产品有均聚、无规和抗冲共聚物,能生产不同用途的约 60 种牌号的产品,产品范围广,最大橡胶含量可达 50%,MFR为 0.3-100g/10min。抗冲共聚部分不存在溶胀或溶解问题,产品质量较好。产品能达到很高的乙烯含量。 6 三井油化 Hypol 工艺
三井油化的 Hypol工艺采用立体式搅拌液相聚合釜与气相反应器相结合的方式,即液相本体法生产聚丙烯产品。均聚反应是在串联的两个带搅拌器的液相反应器和一个带搅拌刮板的气相流化床反应器中进行的。生产嵌段共聚产品时,从第三反应器(气相均聚反应器)出来的聚合物粉料,被送到带刮板的第四反应器(气相共聚反应器)。在 1.2MPa 的压力和 70℃的反应温度下,与一定配比的乙烯和丙烯进行嵌段共聚反应。该工艺可生产均聚、无规、抗冲全范围的 PP 产品,MI范围宽,其生产的基础树脂有 50 多种牌号。可生产用于汽车上的超高乙丙共聚物、高规整度产品和高速注塑型材,粉粒粒径均匀,可生产丙烯/乙烯/丁烯三元共聚物。生产很多牌号的均聚物和无规共聚物,并且己被用户确认其质量与采用 HY-HS-Ⅱ催化剂的溶剂法产品的质量相当。对于抗冲共聚物来说,其产品质量则更好。
采用的催化剂体系为第二代高收率、高立体定向性的催化剂,称为 HY-HS-Ⅱ(即 TK-
Ⅱ),它是由主催化剂(A-Catalyst)、助催化剂(B-Catalyst三乙基铝)和给电子体(C-Catalyst一种液体有机化合物,其作用是保持聚合物的高等规度)组成。 这种催化剂具有以下特点:
①活性和等规指数均很高。其活性可高于 20 ㎏·PP/g·Cat.,聚合物不经处理,其中钛含量即小于 4×10-6,总灰分在 100×10-6 以下,因而无需脱灰,实现了无脱灰工艺。等规指数高达 97%~98%,因而不需脱除无规物。
②活性寿命长,活性可持续 10h。
③熔体流动指数(MI)增大对全等规指数的影响较小。
④产品范围广,能够生产出各类聚丙烯产品,包括均聚物、无规共聚物和嵌段共聚物。
⑤可以控制聚合物的性质,能够生产出质量好的微球形聚合物。
⑥对 CO 及 COS 很敏感。
三井工艺可生产均聚、无规、抗冲全范围的 PP 产品。MFR指数范围宽,其生产的基础树脂有 50 种牌号,可生产用于汽车上的超高乙-丙共聚物,高规整度产品,高速注塑型材,粉粒粒径分布较均匀,可生产丙烯、乙烯-丁烯三元共聚物。
二 国外聚丙烯专用料开发状况 1 PP汽车专用料
汽车配件是 PP 应用的重要领域。PP 密度小、资源丰富、易于成型和回收,而且随着 PP
合金及共混理论及技术的发展,其性能/价格比不断提高,改性 PP 的品种激增,力学性能、热性能可调范围加大,高韧性、耐热型及高刚性的改性 PP 相继用于汽车工业,因此,PP 成为汽车用塑料中用量最多、增长最快的品种。1998 后 5 月 20 日荷兰 DSM 公司和 Mytex公司(美国 Exxon和三菱的合资公司)签定了相互发放许可证协议,双方均允许对方用自己的技术在美国和欧洲生产和销售汽车用的聚丙烯配料,表明了汽车用塑料生产厂全球一体化的趋势:DSM 是欧洲车用聚丙烯,特别是热塑性聚烯烃的主要供应者。
为使汽车轻量化,用更多的塑料替代其他材料的倾向是肯定无疑的。每辆汽车可用 100kg
塑料替代 200-300kg的其他材料,因为部件减轻,底盘、驱动系统和传输系统也可以作得更轻, 2000 年后普通汽车中塑料用量增加到 14%。国外生产企业还不断的推出共聚级聚丙烯车用树脂,最近推出的有荷兰 DSM 公司共聚聚丙烯 StamylanP,不仅具有优良的加工性,还具有高冲击性、高硬度和耐紫外线老化;Amoco 化学公司采用 Ziegler-Natta 催化剂,推出了抗冲聚丙烯共聚物 Acctrf3950,其 MFR为 35g/10min,主要用于汽车内装饰件:Solvay 公司推出的高等规度聚丙烯 EltexP,具有较高的刚性、耐热性和较好的阻透性能,用于汽车内装饰件,三井油化公司开发的高结晶聚丙烯可用于汽车保险杠。新开发车用树脂还有聚丙烯热塑性弹性体如 Himont公司综合 Hivalloy 工艺和 Catalloy工艺,在反应器中将马来酸酐接枝在橡胶相而获得的弹性体,弯曲弹性模量达 758MPa;而 Montell
聚烯烃公司推出了苯乙烯/聚丙烯类共聚物 Hivalloy G系列反应型合金,其冲击性能和刚性的综合平衡超过了常规聚丙烯。蓄电池外壳是聚丙烯在汽车中的重要用途之一,欧美的蓄电池外壳已全部用聚丙烯代替了硬质橡胶,这种外壳半透明,是以聚丙烯为原料,
HDPE、弹性体为改性剂,再添加助剂共混而成重量减轻一半且具有强度高、耐低温、韧性好、寿命长等优点。此外,改性聚丙烯还可用于汽车气囊(如 Nova 聚合物公司的
Novalast 8000)。2 BOPP
目前 BOPP 薄膜专用树脂的品种较多。最近 Montell公司推出一种热封接温度低的
MoplcnEP 3C3FF,封接起始温度为 110~ 115℃ (熔点 130℃),有高透明度(50μm薄膜的雾度为 1.8%)和高光泽 (45 度时为 85%)。EP3C39F 和 EP3C37F 具有高透明性和光泽,特别适合作镀金属膜使用。Solvay公司推出的 Elterp KS341 高共聚双轴定向聚丙烯新品种,系丙烯/α-烯烃的无规共聚物,共聚单体含量高达 20%,专门用于生产 BOPP 薄膜,兼有良好的密封性、热粘接性、光学性以及加工性等综合性能。E1tex P XS341 熔点
115℃,封接温度约 95℃,热粘接温度范围为 90~140℃.
国内 BOPP 薄膜所用的原料基本上是进口料。BOPP 进口专用树脂主要有美国 Himont的
PD382、PD383、PD064、PD320, 日本德山曹达的 FBll6,三菱化学的 FL6CK,新加坡
TPCFS2011、FS3011,韩国现代化学的 H2210、H2211、HF20M,台湾省 Himont的
PD402,英国 Shell的 KF6100, 比利时 Solvay的 KS409、KS309 等。 3 PP纤维和长丝 PP 在纤维和长丝中的应用包括纺织和无纺纤维。纺织纤维包括丝纱线,不超过 50 旦的单丝、膜裂纤维和短纤维。纺织纤维主要市场有地毯、地毯衬、纺织袋、土木工程用织物及绳索等;无纺纤维市场则有包装带及毛刷等。
纤维和长丝市场,一般采用 PP 均聚物。1992 年美国这个市场就消耗了 PP 均聚物 90.7 万
t,由于纤维和长丝应用市场需要高拉伸强度的细纤维,因此纤维生产商选用的均聚体熔流速率有时甚至达到 800g/10min。
大量的聚丙烯纤维用于生产地毯,粗旦长丝常用作工业建筑物的圈毯的面纱,聚丙烯地毯的优点是抗沾污能力好和吸湿性低;聚丙烯裂膜纤维主要用作地毯背纱。
一次性聚丙烯无纺织物广泛用作婴儿一次性尿布(俗称尿不湿)的背衬。一次性尿布消费量的增长是世界聚丙烯纤维市场增长的主要原因之一。此外无纺聚丙烯织物也广泛用于许多其他的一次性卫生用品,如婴儿擦布、成人失禁用品及妇女卫生巾等。聚丙烯无纺布在一次性医用服装,如手术袍等方面的用量也在增长。80 年代初 PP 无纺布作为一次性尿布衬里进入市场,由于其成本低,性能好,在许多无纺布应用领域替代了聚酯和尼龙,80 年代到 90 年代初,北美曾有两位数字的增长率,据统计 1996-2001 年 PP 无纺布的年均增长率为 7%,增长主要归功于土工布和农用纤维的增长。工业用(如绳索、袋、土工布等)占
PP 纤维用量的 15%。因为受性能限制(回弹性较小、难染色及熔点较低等)服装用(运动服、潜水衣等)用量较小,北美只有 4000-5000 吨的市场。家居装饰(沙发布、窗帘布等)市场等约占 5%。 1996 年北美纤维和单丝占 PP 总用量的 32%,其中纤维约占 29%,窄带约占 3%。西欧占
24%,日本占 7%,其他亚洲占 36%。国外生产企业也十分重视聚丙烯化纤专用树脂的开发。已有 35 年生产聚丙烯化纤专用树脂的 Hoechst公司开发和生产了多种牌号化纤专用树脂 Hoxtalen,如短丝的 PPUl080F, PPUl780F2、PPVl080Fl,纺粘的 PPUl780F、
PPUl780F1、PPUl780F3,长丝的 PPUl080FE、PPUl080FEG等。Amoco 公司新开发出纺粘无纺布专用料 PP Grade 7957,具有可减少加工烟雾 50%、消除产品因氧化所导致的返黄现象等优点。此外,随着茂金属催化剂的发展,已生产出全同立构聚丙烯 m-IPP,大大提高聚丙烯的可纺性,从而提高纺丝速度,降低纤维纤度。Exxon公司开发的纺粘无纺布用料 Achieve PP 熔点低(148℃)、流动性好,生产线运行速度可达 4200m/min,产品可用作生产尿布、卫生用品、手术衣、面罩和过滤材料等。
日本宇部日东化成公司开发了一种高强度聚丙烯纤维,其断裂强度是通用 PP 的 2 倍,杨氏模量是其 4 倍,纤维商标名为“Simtex”,与通用品种相比,热收缩性低 50%,具有很强的耐化学性,尤其耐有机溶剂。Simtex 的开发是基于该公司新的取向技术可使结晶最佳化,该公司已开始开发市场,用于充电电池分离器,溶剂用过滤器以及工业用纱替代目前应用的尼龙和聚酯纤维。该公司将在其歧阜的研究实验室建成一套 10t/月的中试装詈,并计划尽早将能力扩大到 100t/月,PP 纤维在通用合成纤维(如尼龙和聚酯)中是最轻的
(密度为 o.91g/cm3),可浮在水面上,唯一的问题是强度较低。这种新的 PP 纤维的断裂强度为 10—13g/旦,是断裂强度首次达到 10 的 PP 纤维,通常品种的强度为 5~7g/旦。 4 家电用聚丙烯专用料 4.1 洗衣机专用料
国外生产洗衣机专用高抗冲级聚丙烯嵌段共聚物的厂家较多,牌号也很多,适合薄壁洗衣机桶的 PP 专用料代表性牌号为日本住友化学的 AZ-56 4,相应的洗衣机的甩干桶、底座、面盖、波轮、电钮板用代表牌号为住友的 AW-564。 AMOCO 公司与日本窒素公司合作开发的 Accpro 9346 树脂是一种注塑级、高刚性的核化可用于甩干桶。其 MFR为 5g/10min 的注塑级牌号树脂,应用于美国通用电气公司新型洗衣机的内桶,减轻了重量,具有极好的色泽。
意大利 Montell公司开发的高刚性 PP(牌号 Adstif),可与苯乙烯类塑料和填充 PP 竞争。这种高刚性 PP 具有重量轻、高光泽度、成本低的特点。
西欧 90%的洗衣机泵壳都用 PP 制成,滑石粉填充级与玻纤增强级的专用料添加比例均为
60:40。另外,模塑成型的滑石粉填充 PP 底座用于洗衣机、清洗干燥机和洗碗机时可使结构和支撑点的功能一体化,亦避免了金属底座的腐蚀问题,更降低了成本。
对于洗衣机内桶来说,有竞争力的材料为:不锈钢、玻纤增强 PP (玻纤含量一股为 30%)、滑石粉填充 PP(滑石粉含量一般为 40%)和均聚 PP。非填充 PP 在顶放式洗衣机内桶方面已有很好的应用,其允许旋转速度为 600r/min。1995 年末美国通用电气公司选用注塑级玻纤增强 PP 内桶来代替其 ProfileM axus 洗衣机金属内桶:美国
Owene-Coming公司则将欧洲市场上 1998 年的玻纤增强 PP 用量提高为 1993 年的两倍。
由于价格的原因,滑石粉填充和玻纤增强 PP 洗衣机桶在南欧己逐渐应用起来。而英国的
Hoover 和 Hotpoint洗衣机都用玻纤增强牌号生产内桶。德国的 Whirpool公司的前放式玻纤增强 PP 内桶旋转速度达到 1200r/min,可与金属内桶竞争。意大利的 Whirlpool公司投放欧洲市场的玻纤增强 PP 内桶是用 Hoechst 提供的 Hostacom TypeG3Nol专用料制成的,它耐洗涤剂的腐蚀作用,旋转速度也达到 1200r/min。
最近,PPG工业公司推出牌号为 Maxi Chop 3298 的切短长丝增强 PP,特点是:不仅具有很高的冲击强度,而且还有极好的白洁度,在欧洲和美国市场上应用在洗衣机内桶上,它克服了冲击强度和白洁度不可兼得或兼得却增加了壁厚的缺点。 4.2 电冰箱专用料
电冰箱隔热层发泡剂的更新换代以不可逆转的趋势,使新型电冰箱内衬料的开发、应用随之成为亟待解决的问题。当前,电冰箱内衬料多采用高抗冲聚苯乙烯或 ABS。但是,一方由于 HIPS 和 ABS 价格较高,另一方面由于新型电冰箱发泡剂虽然较之常用的氟里昂发泡剂对环境污染小, 但它们对带有芳香基团的 ABS 和 HIPS 有明显的腐蚀作用,尤其是对 HIPS。开发改性聚丙烯代替 ABS 或 HIPS,聚丙烯内衬材料可从根本上解决新型发泡剂腐蚀问题,并且成本也远低于苯乙烯系聚合物,因此世界各大公司都很重视聚丙烯内衬专用料的研究开发。
美国大容积冰箱抽屉大多采用共聚聚丙烯。80 年代末,Himont公司采用新的聚合工艺,生产出了具有高熔体强度(HMS)的新型聚丙烯树脂。包括两种牌号,即均聚型的 Pro-fax PF-613 和共聚型的 Pro-faxSD-613,MFR均为 0.3g/10min。研究表明,这些高分子量聚丙烯在成型温度下下垂时间要比普通聚丙烯长 20~30 秒,可以在更宽的温度范围内成型,制品可具有较大的平均厚度及均匀的壁厚。
美国埃克森(Exxon)公司推出的新型聚丙烯是 MFR为 0.25g/min 的均聚树脂。通过采用新的催化剂及反应器技术,使其分子量分布加宽,从而使新型树脂的挤出性能类 MFR为
1~3g/10min 的普通树脂,而且耐熔垂性能很好,适于真空成型加工。 Rexene、Deer 聚合物、Amoco、Shell等公司也纷纷推出自己的新型高熔体强度的热成型用聚丙烯冰箱专用料。 Himont公司用高熔体强度聚丙烯成功地加工出了电冰箱门内衬,制品壁厚均匀,可达到
ABS 制品的水平,部件的重量为 24kg,而以 ABS 制造的则为 2.9kg, PCD聚合物公司推出的商品名为“Daplen XMOD”的 PP 专用料,其非增强级牌号 P65 刚性和表面光泽度与 ABS 一样。其维卡软化点为 108℃,热变形温度为 63℃。 Montell公司推出新的 PP 无规共聚物,它具有耐冲击共聚物的透明度和低温冲击强度(低至-40ºF),适合家用冷冻用途。
丹麦 BorealisA/S 公司应用最新 Z--N 催化剂生产填充 PP,用于冰箱控制面板。
国内大多采用日本的 PPJ3054 牌号树脂制造冰箱内保鲜筐、接水盘。 4.3 家电壳体专用料
对于家电壳体来说,具有高的强度(平衡的刚性/韧性性能)以及能吸引入的外观是最重要的。该用途的聚丙烯专用料大多属高性能品种,有高模量、高耐冲击强度及高流动性。大多属阻燃级,其中不少为复合物或合金,容易用色母粒着色,工艺简单。 Targor 公司最近推出牌号为 MetoceneX50081 的茂金属 PP,其密度降低 15%,断裂强度、流动性、刚性、光泽度和脱模性高,因此可注塑防扭曲的薄壁制品,如 CD盒、薄壁家用制品、家电制品等。 Borealis 聚烯烃公司称其推出的 PP 专用料达到 UL94V0 阴燃标准,适用于电视机后壳、内框和部件。 Ferro 公司推出的高抗冲击性、低翘曲的 MPP25FU22HB共聚 yy,可用于生产音响的扬声器。
日本住友公司的 Noblen专用料也广泛用于电扇、换气扇等家电中。如在电扇中:
AH561、AV585、AW564 用于电动机盖,BG20A用于风叶,AH585、AZ564、BG20A用于扇叶;换气扇中:AH585 用于扇壳,AW564 用于风叶;电动吸尘器中:BG20A用于主体,AW564 用于车轮,WP950、AY764 用于收藏盒;餐具干燥器中:WP834A用于盖,
AY564 用于主体。
美国 Solar 公司亦用 Ferro 公司的玻纤增强 PP 制造家用除草机外壳,该材料有优异的刚性、韧性、防翘曲性及紫外线稳定性。
美国的埃克森公司开发出注塑级的茂金属等规 PP,瞄准的市场为型家电制品,其中牌号
MDS253 己在家用制品、家电壳体等上应用。 4.4 厨房用家电专用料
厨房小家电包括洗碗机、电风扇、电咖啡壶等。要求材料观感好、安全、质轻、高光泽、耐磨、耐果汁、耐洗涤、易着色及开发周期短、成本低。对于电水壶、咖啡机来说,还需耐温、与热水接触后不掉色等特点。聚丙烯专用料在这个领域上与工程塑料如 ABS、PC
和尼龙分庭抗礼。日内瓦的阿莫科欧洲化学公司称:PP 在小型家电中的应用发展要比其他任何树脂快得多。其中,增强 PP 在小型家电如咖啡机、烤面包机、油炸锅等方面有着越来越重要的位置。
美国 Ferro 公司推出玻纤和滑石粉填充的 PP 共混物 HPP30,能模塑很厚的部件,而无制品凹陷,制品耐磨、耐汽热。荷兰 LNP 工程塑料公司的 PP 共混物可代替 ABS 和尼龙,这是一种长玻纤 PP(长 5 毫米,直径 117 微米),比非填充共聚物的冲击强度高 200%、刚性好 40%。
比利时 Solvay 公司的一系列高等规结构 PP 均聚物牌号为 EltexP,可与刚性 PS、矿物填充 PP 竞争。
比利时 Fina 化学公司推出牌号为 Fimapro PPC5642G的专用料,是注塑级抗冲击共聚物,优化了韧性和刚性的平衡性。
奥地利 PCD聚合物公司的新一代改性 PP-DaplenXMOD,具有高模量、高光泽度、耐温、耐磨、制件重量轻、成本低等特点,它将 PC 和 ABC 的优点集中于一体。
荷兰 DSM 公司的低密度 Stamytes 为高结晶性 PP,用它代替 20%滑石粉填充 PP 或苯乙烯类聚合物,重量可减轻 15%。又由于它不吸湿,无需预干燥;而与耐冲击性相同的矿物填充树脂相比,其流动性更好, MFR范围为 20~22g/10min。
德国 BASF 公司生产的 10%滑石粉填充 PP 具有适当的光泽度、高韧性、耐热变形性,能满足油锅和水壶外壳的温度要求。
牌号为 HostacomM2N03 204024 的专用料是 20%矿物增强的 PP 混合物,具有高熔体稳定性,长时间的对热水(高达 70℃)和洗涤剂的耐受性,适宜作洗碗机的水管和**管。 Borealis 公司的 MEl20UPP 用在电水壶中,美观、耐热、机械强度高、长期稳定性好。
据 Montell公司介绍,挤出发泡 PP 由于隔音、隔热而在洗碗机上的应用受到重视。1995
年,该材料的用量为每台 2kg,到 2000 年增至每台 10.0~18.16kg。
美国埃克森公司的 MDK 253 PP 系用茂金属催化剂生产的全同立构聚丙烯,它已被 OEM 公司视作样品,用于厨房家电壳体、真空除尘机和溶液槽中,意在代替常规 PP、填充 PP 和 ABS 等。这种新型 PP 改善了刚性/韧性平衡性,提高了透明度,更易加工成大型部件。 PP 专用料在日本的厨房中也得到了广泛的应用。例如:填充 PP 代替了 ABS 用于电饭煲,咖啡机和大型热水器。日本已成功地在 PP 中使用硫酸钡填充剂,得到近似 ABS 的表面光泽度。日本三井电气公司还将防霉级 PP 用于厨房家电的内饰层,以减少清洗的必要性。 5 高熔体强度牌号、高透明牌号和片材热成型牌号
透明性的改进也是聚丙烯新产品开发的重要进展之一。透明性添加剂(如以山梨糖醇为基础的透明剂)可使聚合物晶粒变得更小、更分散,从而降低了光散射,提高了透明性。透明剂也是成核剂,因而添加 0.1%~0.4%透明剂的聚丙烯不仅提高了透明性,也提高了刚性,加宽了熔融范围。在聚丙烯树脂的阻隔性获得改进后,高透明牌号有可能进入现在主要用 PET聚酯的注拉吹瓶市场。用茂金属催化剂生产的聚丙烯更容易用改进剂来提高其透明性,有发展前景的市场是薄壁食品容器和饮料杯。其中美国 Himont公司采用透明剂
Millad3905、3940 生产的 SR256M 无规聚丙烯具有透明度高、气味小和结垢少的特点。
Appryl公司推出的 3022GT3 全透明 PP 且耐冲击、雾度<13%,Solvay公司推出的无规聚丙烯共聚物 Eftel PKLl76,含乙烯和透明剂,制成的产品具有玻璃般的光泽,还具有很好的化学稳定性、耐应力开裂性和冲击强度。
具有线性分子链的普通聚丙烯与具有支链的聚合物(如 LDPE)相比,熔体垂伸性能较差。用辐射方法可以使聚丙烯分子中产生游离基,同时不使分子降解。这种方法可赋予聚丙烯较高的熔体强度。 HMS PP 最有吸引力的用处是挤出涂层,HMS PP 可以在前所未有的高线速下提供非常均匀的涂层。热成型和吹塑加工时,制品的均匀性高。过去由于聚丙烯的熔体强度低,发泡时泡沫壁易破裂,用 HMSPP 则可以制造高质量的发泡聚丙烯制品。 HMS PP 的大部分性质与起始材料的性质相同,但由于加入成核剂(为增加熔体强度),
HMS PP 有较高的硬度。 Himont公司的专利(US 5414027)披露了用高能辐射方法制备 HMS PP,将普通的高分子量线型的聚丙烯在降低活性氧的环境下进行高能辐射,在这种环境下保持一定时间后,再使材料中的游离剂失活。罗姆-哈斯公司申请的专利(US5506307)是用共混法提高聚丙烯的熔体强度。将聚丙烯均聚物或共聚物与 C10~30 烷基丙烯酸酯的共聚物或均聚物共混,可使聚丙烯熔体强度提高 5 倍,这种共混物适合于制箱、容器和家用电器罩等的片材热成型操作。
聚丙烯挤出片材的市场迄今仍较小,主要是因为均聚物难于热成型加工。为解决这一问题而设计的固相加压成型法已用于美国和欧洲。近来的聚合物改性和树脂合成技术的进展已经改进了聚丙烯热成型加工性能。1996 年北美大约 14.3 万 t聚丙烯树脂用于挤出片材,约占聚丙烯总消费量的 2.9%,其中大约 5 万 t用于食品包装。1996 年美国用于食品包装的 PP 片材中,大约一半是纯 PP,另一半是用于共挤出片材中。最典型的复合包装片材由
6~7 层组成。外层是聚丙烯,1~2 层为内阻隔层,是乙烯-乙烯醇共聚物,或者是聚偏二氯乙烯。还包括回收塑料层和粘结层。热成型聚丙烯现正在与 ABS 高抗冲聚苯乙烯、结晶 PET(CPET)、聚碳酸酯、一些共挤出片材及与钢和纸竞争。热成型聚丙烯在包装市场的用量预计会以较快的速度增长(如北美为年均 10%)。这些牌号的聚丙烯将和聚苯乙烯争夺牛奶及熟食品的包装市场。 Montell预计今后 10 年内 PP 热成型食品容器市场的增长率将为 8%~10%/年。目前 PP
在热成型食品包装市场占 20%的比例,PP 在这一市场的优势是:对氧的阻隔性较好、软化点较高、适合微波炉使用、比重较低、具有成本优势,与注塑相比,热成型制品可以作的更薄。
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