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“三高两低”聚丙烯的开发应用前景

来源:国际塑料商情     发布时间:2021-01-20
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一、“三高两低”聚丙烯的开发背景


聚丙烯,是由丙烯聚合而制成的一种热塑性树脂。其缺点是耐低温冲击性差,易老化,但可分别通过改性加以克服。共聚改性是指采用特定催化剂,以丙烯单体为主在聚合阶段进行的改性。丙烯单体与其它烯烃类单体进行共聚聚合可以提高聚丙烯的低温韧性、冲击性、透明性和加工流动性。


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“三高两低”聚丙烯(高流动、高结晶、高抗冲、低气味、低VOC)是共聚聚丙烯中的重要品种,具有优良的力学性能、化学稳定性、抗蠕变性能等优点,且加工成型快,可制备大型薄壁制品并节省原材料,在汽车、家电等领域得到广泛应用。近年来,其需求不断增加,以高流动抗冲聚丙烯洗衣机专用料为例,2019年国内的市场容量已超过40万吨。


随着汽车工业、家电产品、物流行业、电子电讯业等的迅速发展,结合近几年跨国石化公司的聚丙烯新产品发展趋势来看,“三高两低”聚丙烯的市场会越来越大。传统意义上的高结晶聚丙烯是指在高立构规整性均聚聚丙烯的基础上,添加高效的成核剂所制备的高结晶度、高结晶温度以及高刚、高耐热的聚丙烯树脂,在电器部件、家居等场合有着广泛的应用,属于聚丙烯中的高端产品。近年来,国外各大聚烯烃公司,如SK、LyondellBasell等,均在开发高结晶抗冲聚丙烯技术,其销售的BX3900、BX3920、540V等产品一经面市,即得到用户的广泛认可,售价高于普通抗冲聚丙烯1000元/吨以上。可以预见,高结晶抗冲聚丙烯必将在很大程度取代现有的高结晶聚丙烯和抗冲聚丙烯,成为未来注塑类聚丙烯树脂的主导牌号。


二、“三高两低”聚丙烯的特点


1、高流动


近年来,随着聚丙烯生产工艺水平的提高,特别是新型高效催化剂及聚合工艺的改进,熔体流动速率(MFR)较高的聚丙烯(简称“高流动聚丙烯”)产品的开发和应用迎来快速发展。高流动聚丙烯(熔融指数一般高于25g/10min)流动性的提高在制品加工生产过程中可降低加工温度、注射压力、合模力等,从而降低能耗,缩短制品的成型周期,大幅提高制品产量。此外,采用高流动聚丙烯可注塑成型薄壁制品,减少原材料的用量并降低成本。


2、高结晶


为了维持原有壁厚产品的静刚度,要求薄壁材料具有更高的弯曲模量。


特别是新一代的聚丙烯车用材料在使用过程中需要承受较大的力,在外力作用下必须保持好形状,所以必须有足够的刚性,一般需要弯曲模量大于1500MPa。


3、高抗冲


车用及家电聚丙烯材料必须具有良好的吸收、转移能量能力,这就要求原料具有合适的冲击强度以及较宽的分子量分布,在常温下(通常为23℃)简支梁缺口冲击要求大于5KJ/m2


4、低气味


主要应用于汽车内饰用改性聚丙烯,是针对车内空气污染问题而开发的超低散发塑料颗粒。该材料需具备力学性能均衡、加工性能优异、耐热性能高、低气味(聚丙烯材料气味≤3级)。解决了气味问题的低气味聚丙烯将成为各大车用改性工厂首选改性原料。


5、低VOC


聚丙烯材料中挥发组分的来源主要有两个方面:一是聚丙烯本身在合成过程中添加的溶剂包括己烷、乙醇和庚烷等;二是在聚丙烯合成中催化剂等小分子也会残留在材料中,这些低分子物质会使得聚丙烯材料具有一定的挥发性有机化合物(VOC)。在汽车内饰领域,对于材料中有机物的挥发性需要严格控制,以确保对人体的安全。当汽车内饰用材料有毒挥发性气体达到一定浓度时,短时间内人们会出现头痛、恶心、甚至抽搐等症状,并会损伤肝脏、肾脏、大脑和神经系统,对人体健康有严重威胁。低VOC新国标《乘用车内空气质量评价指南》于2017年1月1日起强制施行后,聚丙烯VOC问题已成为关键指标。


三、“三高两低”聚丙烯的应用


近年来,随着科技的发展,塑料制品越来越倾向于大型薄壁化、轻量化、舒适化方向发展,汽车的一些大型零部件,采用聚丙烯注塑成型可以减轻车体重量,这不仅降低了油耗,而且减少了二氧化碳的排放量,对保护环境具有重要意义。目前,车用非金属材料应用比例已达50%以上(如图1)。


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图1 聚丙烯为材质的车用部件种类


我国汽车领域改性塑料材料的需求量已从2015年的352万吨上升到2019年的466万吨。随着汽车产销量稳步提升以及汽车向轻量化趋势发展,预计改性材料在汽车领域的需求量将保持良好的上升势头。我国高流动性、高结晶、高抗冲聚丙烯注塑料的年需求量约为15〜25万吨,且年增长率达10%以上。轻量化、低成本、高流动性这样的材料加工性能好,成品生产周期短,同时高结晶度可提高材料的刚性,减小成品厚度,减轻材料的质量。此外,乙丙橡胶的含量高,可增加成品的强度。研究表明:在油耗方面,汽车质量每下降10%,油耗下降6-8%,排放降低4%;在动力经济性方面,每减重100kg,0~100km/h加速动力性提升7%;在常规制动性能方面,每减重100kg,低速时,制动距离缩短2~7m,每减重100kg,高速时,制动距离缩短1~2m;在电动车续航方面,电动车每减重100kg,续航里程增加15~20km。


四、中沙石化“三高两低”聚丙烯的开发及应用


中沙石化的聚丙烯装置采用国际上最先进的Lyondellbasell公司“SPHERIZONE”工艺技术,核心部位多区反应器系统为气相反应技术,能够一条生产线生产均聚、无规共聚、抗冲共聚及三元共聚等90多种牌号产品。


近几年国外高流动性、高结晶、高抗冲聚丙烯专用料主要有SK的BX3500、BX3800、BX3900、BX3920,LyondellBasell的EA5074、EA5075等。这些聚丙烯专用料具有刚性高,冲击强度较好等特点,牢牢占据国内改性领域。其力学性能如表1所示: 


表1 国外高流动性、高结晶、高抗冲击聚丙烯专用料的力学性能

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由表1可知:国外高流动性、高结晶、高抗冲聚丙烯专用料具有刚性强、抗冲击强度高等特点,熔体流动速率10〜110g/l0min,范围比较宽;弯曲弹性模量>1700MPa;简支梁缺口冲击强度>6KJ/m2。根据国外原料的性能指标,结合中沙石化装置的特点,在2019年,由中国石化化工销售有限公司华北分公司牵头,联合中国石化北京化工研究院就中沙石化“三高二低”聚丙烯——5074X、5075X、5076X系列产品进行了多次优化升级,进行MPRC(产-销-研-用)联合攻关,产品不断改进,得到下游改性客户的认可。表2为国内某大型改性上市公司检测原料性能指标对比。


由表2可以看出,中沙石化开发的高流动性、高结晶、高抗冲聚丙烯改性专用料,性能达到了进口料同等水平,具有流动性好、易加工、刚性佳、冲击强度高、低可挥发物含量和低气味方面表现优异等特点。目前,该系列聚丙烯产品被国内各大改性公司采购广泛应用于汽车、家电改性,有效填补了国内此种专用料市场的空白,替代进口牌号,解决了下游用户用料的需求。

表2 国内某大型改性上市公司检测原料性能指标对比

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作者:惠耀楠中国石化化工销售有限公司华北分公司



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