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PE管材之聚乙烯樹脂
發布時間:2012/8/13 16:46:44  新聞來源:香港德派國際(濰坊)有限公司 瀏覽次數:2388
 
聚乙烯特性
  聚乙烯無臭,無毒,手感似蠟,具有優良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70~-100℃),化學穩定性好,能耐大多數酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質的酸),常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,電絕緣性能優良;但聚乙烯對于環境應力(化學與機械作用)是很敏感的,耐熱老化性差。
  聚乙烯的性質因品種而異,主要取決于分子結構和密度。
聚乙烯樹脂生產方法及工藝
  聚乙烯生產方法:聚乙烯按聚合壓力可以分為高壓法、中壓法、低壓法;按介質來分可以分為淤漿法、溶液法、氣相法。
  主要生產工藝:目前世界上擁有聚乙烯技術的公司很多,擁有LDPE技術的有7家,LLDPE和全密度技術的企業有10家,HDPE技術的企業有12家。從技術發展情況來看,高壓法生產的LDPE是PE樹脂生產中技術最成熟的方法,釜式法和管式法工藝技術均已成熟,目前這兩種生產工藝技術同時并存。國外各公司普遍采用低溫高活性催化劑引發聚合體系,可降低反應溫度和壓力。
  高壓法生產LDPE將向大型化、管式化方向發展。而低壓法生產HDPE和LLDPE,主要采用鈦系和絡系催化劑,歐洲和日本大多采用鈦系催化劑,而美國大多采用絡系催化劑。
  目前世界上主要應用的聚乙烯生產技術共用11種,我國的PE生產工藝有8種。
  (1)高壓管式和釜式反應工藝
  (2)三井化學低壓淤液法CX工藝
  (3)BP氣相法Innovene生產工藝
  (4)雪佛龍-菲利蒲斯公司雙環管反應器LPE工藝
  (5)北歐化工北星(Bastar)雙峰工藝
  (6)低壓氣相法Unipol工藝
  (7)巴賽爾聚烯烴公司Hostalen工藝
  (8)Sclartech溶液法生產工藝
  催化劑技術:催化劑是PE工工藝關鍵部分,也是其技術開發的焦點。特別是1991年茂金屬催化劑在美國實現了工業化,使得PE生產技術進入了新的發展階段。
  目前世界各大PE生產企業大都已涉足茂金屬PE(mPE)生產領域,如陶氏化學、伊士曼、旭化成、阿托菲納、雪佛龍-菲利浦斯等公司。
  日本旭化成化學購買陶氏化學的茂金屬催化劑專利Insite,采用淤漿法生產工藝生產茂金屬高密度聚乙烯(mHDPE),牌號為Creolex。由于性能優越,mPE1995年進入商業化發展以來,全球mPE樹脂的消費量每年翻一番。預計到2010年,全球mPE產能將達到1700萬噸,其中:mLLDPE為700萬噸、mHDPE為600萬噸。
  目前PE催化劑已經發展到第三代,日本三井化學和陶氏化學合作開發出新一代茂金屬(Post-metallocene)催化劑。與傳統茂金屬和Z-N型催化劑不同,該催化劑可使極性單體如甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等與烯烴共聚,從而可用于開發具有粘結性、耐油性及氣體阻隔性能的全新聚烯烴樹脂。
  我國非常重視PE生產技術,PE生產技術創新一直被列入國家技術創新計劃項目。針對國內PE生產以氣相法工藝為主,產品牌號切換困難、過渡料多的問題,近年來國內PE生產企業紛紛開展了以現有聚乙烯生產技術改造為依托,氣相法聚乙烯冷凝、超冷凝工藝和淤漿法聚乙烯外循環工藝的開發工作,并取得實效。
  目前我國Uuipol工藝的大部分生產裝置已經采用國產冷凝技術進行了改擴建,產量已經超出裝置原設計能力120%~200%。
  薄膜 低密度聚乙烯總產量的一半以上經吹塑制成薄膜,這種薄膜有良好的透明性和一定的抗拉強度,廣泛用作各種食品、衣物、醫藥、化肥、工業品的包裝材料以及農用薄膜(見彩圖)。也可用擠出法加工成復合薄膜用于包裝重物。1975年以來,高密度聚乙烯薄膜也得到發展,它的強度高、耐低溫、防潮,并有良好的印刷性和可加工性。線型低密度聚乙烯的最大用途也是制成薄膜,其強度、韌性均優于低密度聚乙烯,耐刺穿性和剛性也較好,透明性雖較差,仍稍優于高密度聚乙烯。此外,還可以在紙、鋁箔或其他塑料薄膜上擠出涂布聚乙烯涂層,制成高分子復合材料。
  中空制品 高密度聚乙烯強度較高,適宜作中空制品??捎么邓芊ㄖ瞥善?、桶、罐、槽等容器,或用澆鑄法制成槽車罐和貯罐等大型容器。
  管板材 擠出法可生產聚乙烯管材,高密度聚乙烯管強度較高,適于地下鋪設。擠出的板材可進行二次加工。也可用發泡擠出和發泡注射法將高密度聚乙烯制成低泡沫塑料,作臺板和建筑材料(見建筑用高分子材料)。
  纖維 中國稱為乙綸,一般采用低壓聚乙烯作原料,紡制成合成纖維。乙綸主要用于生產漁網和繩索,或紡成短纖維后用作絮片,也可用于工業耐酸堿織物。目前已研制出超高強度聚乙烯纖維(強度可達3~4GPa),可用作防彈背心,汽車和海上作業用的復合材料。
  雜品 用注射成型法生產的雜品包括日用雜品、人造花卉、周轉箱(見彩圖)、小型容器、自行車和拖拉機的零件等。制造結構件時要用高密度聚乙烯。
  聚乙烯改性 聚乙烯的改性品種主要有氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、交聯聚乙烯和共混改性品種。
  氯化聚乙烯 以氯部分取代聚乙烯中的氫原子而得到的無規氯化物。氯化是在光或過氧化物的引發下進行的,工業上主要采用水相懸浮法來生產。由于原料聚乙烯的分子量及其分布、支化度及氯化后的氯化度、氯原子分布和殘存結晶度的不同,可得到從橡膠狀到硬質塑料狀的氯化聚乙烯。主要用途是作聚氯乙烯的改性劑,以改善聚氯乙烯抗沖擊性能。氯化聚乙烯本身還可作為電絕緣材料和地面材料。
  氯磺化聚乙烯 當聚乙烯與含有二氧化硫的氯作用時,分子中的部分氫原子被氯和少量的磺酰氯(-SO2Cl)基團取代, 就得到氯磺化聚乙烯。主要的工業制法為懸浮法。氯磺化聚乙烯耐臭氧、耐化學腐蝕、耐油、耐熱、耐光、耐磨和抗拉強度較好,是一種綜合性能良好的彈性體,可用以制作接觸食品的設備部件。
  交聯聚乙烯 采用輻射法(X射線、電子射線或紫外線照射等)或化學法(過氧化物或有機硅交聯)使線型聚乙烯成為網狀或體型的交聯聚乙烯。其中有機硅交聯法工藝簡單,操作費用低,且成型與交聯可分步進行,宜采用吹塑和注射成型。交聯聚乙烯的耐熱性、耐環境應力開裂性及機械性能均比聚乙烯有較大提高,適于作大型管材、電纜電線以及滾塑制品等。
  聚乙烯的共混改性 將線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯摻混后,就可用于加工薄膜及其他制品,產品性能比低密度聚乙烯好。聚乙烯和乙丙橡膠共混可制得用途廣泛的熱塑性彈性體。
  茂金屬聚乙烯
  茂金屬聚乙烯是一種新穎熱塑性塑料,是90年代聚烯烴工業最重要的技術進展,是繼LLDPE生產技術后的一項重要革新。由于它是使用茂金屬(MAO) 為聚合催化劑生產出來的聚乙烯,因此,在性能上與傳統的Ziegler-Natta催化劑聚合而成的PE有顯著的不同。茂金屬催化劑用于合成茂金屬聚乙烯獨特的優良性能和應用,引起了市場的普遍關注,許多世界著名大型石化公司投入巨大人力、物力競相開發和研究,成為聚烯烴工業乃至整個塑料工業的熱門話題。
  早期,茂金屬催化劑用于乙烯聚合只能得到分子量為2~3萬的蠟狀物,而且催化活性不高,沒有實用意義,因而沒有引起重視和推廣。直到1980年,德國漢堡大學Kaminsky教授發現用二茂基氯鋯(CP2ZrCl2)和甲基鋁氧烷(MAO)組合的共催化劑在甲苯溶液中進行乙烯聚合,催化劑活性能高達106g-PE/g-Zr,反應速度與酶反應速度相當。MAO是二甲基鋁和水在聚合體系以外條件下合成的高齊聚度甲基鋁氧烷。Kaminsky教授的發現給茂金屬催化劑研究注入了活力,吸引了眾多公司參與開發和研究,并取得了相當大的進展。1991年美國??松‥xxon)公司首次實現了茂金屬催化劑用于聚烯烴工業化生產,生產出第一批茂金屬聚乙烯(mPE),其商品名是“Exact”。
  茂金屬聚烯烴中以mPE的發展最快和較成熟,主要品種為線型低密度聚乙烯(LLDPE)和甚低密度聚乙烯(VLDPE)。mPE有兩個系列,一類是以包裝領域為主要目標的薄膜用品級,另一類是以辛烯-1為共聚單體的塑性體,稱為POP(Polyolefine Plastmer)。mPE薄膜品級具有較低的熔點和明顯的熔區,并且在韌性、透明度、熱粘性、熱封溫度、低氣味方面等明顯優于傳統聚乙烯,可用于生產重包裝袋、金屬垃圾箱內襯、食品包裝、拉伸薄膜等。
  目前,茂金屬線型低密度聚乙烯消費量占線型低密度聚乙烯總消費量的15%左右,預計到2010年這一比例將達到22%。據統計,目前世界上茂金屬聚乙烯年產量約為1500多萬噸,其中用于食品包裝領域的產品約占總消費量的36%,非食品包裝約占47%,其他方面(醫藥、汽車和建筑等)約占17%。
  聚乙烯在合成樹脂中產量最大、發展最快、品種開發最活躍,能否實現聚乙烯的高性能化,很大程度上取決于催化劑的性能。茂金屬催化劑具有優異的催化共聚能力,它能使大多數共聚體與乙烯共聚,并且能夠使極性單體催化聚合,而使用傳統催化劑很難實現;在環烯聚合方面,傳統催化劑只能開環聚合,而用茂金屬催化劑能雙鍵加成聚合。
  因為許多發達國家紛紛采用茂金屬線型低密度聚乙烯替代常規的線型低密度聚乙烯,今后茂金屬線型低密度聚乙烯的年均消費增長率將高于線型低密度聚乙烯,達到15%。未來發達國家線型低密度聚乙烯產量增長的近一半將來自于茂金屬線型低密度聚乙烯,預計美國市場茂金屬線型低密度聚乙烯需求量將增長至2009年的134萬噸。
  聚乙烯行業的發展
  聚乙烯(PE)是中國通用合成樹脂中應用最廣泛的品種,主要用來制造薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等,并可作為電視、雷達等的高頻絕緣材料。隨著石油化工的發展,聚乙烯生產得到迅速發展,產量約占塑料總產量的1/4。中國國民經濟的持續高速發展,為合成樹脂工業營造了有利的發展氛圍,聚乙烯(PE)產業更是以較快的速度增長。
  2008年1-6月,全國聚乙烯樹酯累計產量為3,520,250.09噸,比上年同期增長了2.36%。2008年1-6月,中國進口初級形狀的乙烯聚合物2,537,799,893.00千克,用匯4,085,020,175.00美元;出口初級形狀的乙烯聚合物97,449,745.00千克,創匯金額為152,849,306.00美元。
  在2008-2011年間,亞太地區的聚乙烯新項目主要位于中國、印度和韓國,中國將繼續成為動力源泉。中國正成為世界上最大的PE薄膜和包裝袋出口國,大量供應北美、西歐和日本。另外各行業對薄膜、編織袋、管材、電纜料、中空容器、周轉箱等制品需求旺盛將帶動聚乙烯消費量增長。因此中國聚乙烯產能仍將快速增長,預計到2010年中國聚乙烯產量將達到1700萬噸左右,需求量將達到1414萬噸,市場開發前景看好。
 

 
 
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