开发高性能聚烯烃树脂的驱动力及其途径

合成树脂新产品开发与应用专栏合成树脂及塑料,2004,21(4):5CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS开发高性能聚烯烃树脂的驱动力及其途径乔金樑(中国石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京,100013)摘要:分析了聚烯烃在合成材料中的重要地位及国内外的状况。聚烯烃树脂的制备技术发展迅速,新产品和新牌号层出不穷,不同档次产品的价差不断加大。开发高性能聚烯烃树脂具有必要性和紧迫性。聚烯烃相关企业提高竞争力、规避风险的重要途径是开发高性能聚烯烃树脂和专用料,特别是开发聚烯烃纳米复合材料和在反应器内制备高性能聚烯烃树脂。关鵪词:聚烯烃高性能化纳米复合材料聚丙烯聚乙烯聚烯烃树脂,主要指聚乙烯(PE)和聚丙烯聚烯烃产品既有每吨5000余元的普通料,也有(PP),是重要的合成树脂。由于分子微观结构对聚每吨13000余元的管材专用料。由于这些产品的烯烃树脂性能影响很大,因此相同的装置和原料原料成本近似,但其附加值相差很大,所以,我可生产出微观结构与性能完全不同的产品,造成们欲用有限的资源创造最大的效益,就必须开发、产品的售价和附加值相差很大。为实现利润最大生产高性能聚烯烃树脂产品化,世界各大相关公司均投入巨资开发高性能聚(2)中东地区的资源优势使我国难以在低成烯烃树脂产品。本方面与之竞争。中东地区除了拥有丰富的石油所谓高性能聚烯烃树脂主要是指可满足特殊资源外,还有廉价的乙烷资源,使得乙烯成本仅为应用要求、性能独特,且附加值髙的聚烯烃产品。我国以轻质石脑油等为原料生产乙烯工艺路线的例如,间同立构PP、无规PP、高结晶聚丙烯三分之一左右。目前,中东地区的生产商正在扩大(HCPP)、催化合金、三元及高乙烯含量丙烯无规PE的生产能力,其产品正在越来越多地进入我共聚物、含苯乙烯和丙烯酸的PP合金PP接枝共国,必将对我国通用PE产品的赢利空间构成威聚物、高熔体强度P和包括纳米复合材料在内的胁。未来,我国PE产品生产商不得不避其锋芒,特种填充PP等的附加值均较高。其中,附加值相在高性能PE树脂方面争取生存空间。对较低的HCPP的售价也要比普通PP高10%(3)越来越严格的环保政策将限制部分通用15%,而三元共聚物、反应器制备的热塑性聚烯烃聚烯烃树脂产品的使用。随着人们对塑料袋等“白弹性体和高熔体强度PP等均比普通PP售价高色污染”的抵制以及聚乳酸等可降解塑料性能的2-3倍叫。本文根据国内外在此领域的研究开发工提高和成本的降低,一些性能不高的普通薄膜级作进展,对我国开发高性能聚烯烃树脂的紧迫性PE树脂将不得不退出现有市场,这将绐我国PE及途径进行了探讨。生产商带来巨大损失。目前,美国、日本和欧洲消费大量塑料袋和PE薄膜。而这些塑料袋和PE薄1高性能聚烯烃树脂开发的紧迫性膜多数由我国制造四。一且这些产品被迫由聚乳酸我国开发高性能聚烯烃树脂产品不仅是必要等可降解塑料代替,我国PE树脂生产商的利益的,而且是极为紧迫的。可从如下4个方面说明(1)全世界聚烯烃树脂生产商均使用相同的收稿日期:200403-04。原料和相似的生产工艺,但产品的售价和附加值中国煤化工受级高工,1996年在北却相差很大。2001年,我国进口的PP产品,价格CNMHG表论文50余篇。联系从400美元/至1200美元不等;我国市场上的t: (010)64208677: E-mail: qiao@briciacc6合成树脂及塑料04年第21卷将受到巨大损失。如果我们不未雨绸缪,加快高性术创新的主体。因此,目前必须走产、学、研相结合能PE树脂生产技术的开发和生产能力的提高,之路才能有所作为,特别是以高分子物理为基础我们的企业将会束手无策,陷人困境的分子设计和结构表征工作,应该有高校和科研(4)开发高性能聚烯烃树脂适合我国国情。院所参与目前,我国已具备高分子物理、催化剂和聚合工高速BOPP专用树脂的开发已对上述观点有艺、中间试验、微观结构表征和塑料加工应用等所验证。高速BOPP专用树脂的开发是在国家开发高性能聚烯烃树脂的必要基础条件;并且,“973”项目支持下,对产、学、研合作开发高性能聚开发高性能聚烯烃树脂不需要大型的工程技术基烯烃树脂的一次成功尝试。这个开发过程首先由础。另外,与国外大公司相比,我国聚烯烃树脂生企业提出技术需求,由学术界以高分子物理研究产装置能力偏小,不适合在低成本方面与之竟争。为基础,提出了分子结构的理论模型,经科研人员开发和生产高附加值且用量不十分巨大的高性能进行结构表征,并提出将理论结果转化为工业化聚烯烃树脂产品,比较符合我国的国情。例如,双产品的方案,最后由生产企业进行成果转化。目向拉伸聚丙烯(BOPP专用树脂、无规共聚P专用前此技术已在中国石油化工集团公司(简称中国树脂、高流动性抗冲共聚PP、高熔体强度PP、高石化)所属的6家企业进行了转化,产量已达200结晶PP耐辐照PP、PE管材专用树脂和PE电缆k,生产BOPP时的拉伸速度超过了360m/min专用树脂等。最高速度已达420m/min。为中国石化和下游企业因此,为了规避风险、提高竞争力和获利能带来了可观的经济效益。此技术使中国石化首次力,走符合国情的发展道路我国聚烯烃相关企业从基础研究出发,开发出了一个原创性的高性能有必要将开发高性能聚烯烃树脂作为今后的主要聚烯烃树脂产品。这为今后开发其他高性能聚烯发展方向。并且,开发重点应集中在高性能PP树烃树脂新产品打下了基础包括基础理论、开发模脂产品和对环境不造成影响的高性能PE产品式和人才队伍等2.2通过加工、改性实现高性能化通过共混填充的方法实现聚烯烃树脂的增2开发高性能聚烯烃树脂的途径强、增韧和功能化。一般是通过与弹性体共混提高有多种方法可以实现聚烯烃树脂的高性能韧性,与纤维无机物共混提高刚性,与高性能纤化。概括起来主要有2种途径:一是通过分子设维等复合提高综合性能因,通过与功能性单体接计,开发高性能催化剂或使用先进聚合工艺,在反枝、加入功能性助剂或填料赋予聚烯烃材料特殊应器内实现高性能化;二是对反应器生成的高分的功能子材料改性实现高性能化。2种方法各有所长,相通过制备聚烯烃纳米复合材料来实现聚烯烃互促进和补充,缺一不可。树脂的高性能化。例如通过在聚烯烃树脂中加入21在反应器内实现高性能化剥离的粘土等层状纳米材料、纳米碳管58纳米Catalloy和 Hivylloy是典型的由反应器直接级橡胶等,使聚烯烃树脂实现髙刚性、高韧性、高制备的高性能聚烯烃树脂,这类高性能聚烯烃树耐热、阻燃和自灭菌等高性能化脂的开发必须根据市场需求。高分子物理工作者通过添加成核剂改变聚烯烃树脂的结晶行根据市场提出的性能要求设计出聚烯烃树脂所应为,使得聚烯烃树脂具有高强度、高透明性和高韧具备的分子微观结构;从事小试的研究人员则通性等特点。例如有些a晶型成核剂可提高PP过发明新的催化剂或提出新的工艺过程制备出所的结晶速率、耐热性和强度,有些则可提高其透明设计的分子结构,并经过中试、加工应用、工业应性;β晶型成核剂则可提高PP的常温冲击强度。用试验和市场开发后,实现商业化。其中,塑料技通过剪切活性注塑等方法使聚烯烃分子在成术中心对树脂的性能测试和加工应用评价是一个型过程中取向,从而实现聚烯烃树脂制品的高性非常重要的环节;每一过程所得的聚合物均需要能化见结构进行表征,以确认所得树脂具中国煤化工高性能化和通有所需要的微观结构。这些工作主要在国外大型过后CNMHG的2种方法,石化公司内完成,而国内企业尚不能完全成为技究竟哪种方法在未来20年内成为高分子材料高第4期乔金棵,开发高性能聚烯烃树脂的驱动力及其途径性能化的主流方法一直是争论的焦点之一。笔者成功应用。聚烯烃/层状纳米复合材料中只含少量认为,未来20年2种方法将难分伯仲,并会相互无机纳米材料既可大幅度提高聚烯烃的强度和耐弥补,共同发展,应该引起我们特别关注的有如下热性,又可提高材料的阻燃性,用于汽车部件替代2个问题:现有填充高分子材料,可减少汽车质量,以达到降(1)高分子物理和共混改性方面的研究在高低汽油消耗和减少对大气的污染。目前,该技术存分子材料高性能化的研究过程中将发挥越来越大在的问题主要有2个,一是成本太高,难以被包括的作用,以往我国高分子界轻物理、重化学的传统汽车行业在内的用户接受;二是韧性降低,需要改习惯应调整。目前,世界上超过30%的合成树脂进。此材料的发展前景关键取决于能否在高性是以合金和共混物形式消费的冈。其中,多数是针的前提下大幅度降低制造成本对特定用户的特定产品,性能要求及产品附加值综上所述,我国聚烯烃相关企业,特别是石化也高,国际上大型树脂生产公司均很重视此类产企业,必须加强高分子物理方面和聚烯烃后加品的开发。我国由于过去消费层次低高档产品也改性方面的研究开发,把聚烯烃纳米复合材料用通用树脂生产,并且,通用树脂供不应求,因此,研究开发作为最重要的研究开发方向之一树脂生产厂对开发高分子合金不感兴趣,甚至连着色料也不进行研究和生产,给用户带来很多不3结语便,也给进口产品留下了极大的发展空间。石化企a)根据我国国情和聚烯烃行业特点,我国应业仅生产不着色的无规共聚PP、PE80、PE100和重点发展以高性能PP为主的高性能聚烯烃树脂。电缆护套料等,着色的高档产品一直进口,国产料反应器内制备高性能聚烯烃树脂和后改性方法制就只能扮演低档产品角色;石化企业不介入高档备高性能聚烯烃树脂同样重要,应相互补充,相互汽车、家电专用料的研究,不仅汽车行业会一直使促进,共同发展用进口专用料产品,甚至国产专用树脂难以用于b)在反应器内制备高性能聚烯烃树脂,应重制备普通中档专用料。随着国民经济的发展消费视高分子物理方面的研究工作,走产、学研真正层次日益提高,这些已成为制约我国高性能高分合作的道路子树脂产业发展的重要因素,必须加以解决。否c)聚烯烃纳米复合材料是高分子纳米复合材则,必将影响我国合成树脂产业的发展。料的主要品种,应用前景极为广阔,应引起我们(2)高分子纳米复合材料的研究进展将为通的高度重视,并投入一定的人力和物力发展此类用高分子材料高性能化的研究做出极为重要的贡技术献。高分子纳米复合材料的出现给我们指出了条使高分子材料功能化及同时提高高分子材料韧性、刚性和耐热性的新途径。据预测,2010年,仅1 Asian Chem New,20.94021!8美国的高分子纳米复合材料市场就为40多亿美2 Hydro Proe,200.82577元其中聚烯烃纳米复合材料占20多亿美元,仅3赵敏,商俊刚、邓奎林等改性聚丙烯新材料北京:化学工业出版社,2002PP纳米复合材料就将超过16亿美元;从质量上4 Liu X, Wu Q. Polymer,,201451003预测,2020年,仅北美地区就需要高分子纳米复5 Keams J(. Shambaugh R L. J Appl Polym Sci,202,合材料超过7Mt,其中,聚烯烃纳米复合材料需求近5M,是最重要的高分子纳米复合材料。任6 Valentini L, Biagotti J, Kenny J M,etd. J Appl Polym Sci,何一个聚烯烃树脂的生产和技术开发商均不得不003,87:708介人高分子纳米复合材料的研究开发领域。Liu Yiqun, Zhang Xiaohong, Wei Genshuan, et al. Chin JPolym Sci,2002,20:93聚烯烃纳米复合材料主要包括:聚烯烃层状8乔金模,张晓红,刘铁群等合成树脂及塑料,2001无机材料、聚烯烃/颗粒无机材料、聚烯烃/纤维状(4):39无机材料、聚烯烃/弹性纳米粒子等。其中,聚烯9 PauI DR. Bucknall B. Polymer Blends. New York: Academic烃层状纳米复合材料最为重要,在汽车和家电等中国煤化工方面有广泛的应用前景。目前,Bal公司开发生CNMHG:宋玉春)产的PP粘土纳米复合材料已在美国通用汽车上(下转第24页)树脂及塑料004年第21卷途对产品的特殊要求应及时给予满足,解决好不异的光学性能同用途对LD104开口性、挺度、加工温度范围、助b)LD104的工业开发与市场拓展是成功的,剂种类和添加量等特殊要求,将用户的需求作为产品质量稳定,各项指标达到了产品质量要求。生产的标准,对高档用途要特别注意生产过程中c)为增强市场竞争力,建议进一步加大研究转化率的控制,一般应保证30μm厚的薄膜雾度开发力度,提升LD104品质;增加产量,提高市场在55%以下。占有率;加强售后服务,满足用户需求结语参考文献a)LD104的物理性能与力学性能达到了设1徐青合成树脂及塑料,20006(4):57求,与国外同类产品相当,其薄膜制品具有优(编辑:刘枫阁)Product properties and market development ofhigh clarity resin of film grade LD 104Zhou heguang( Chemical Works No l, Beijing Yanhua Petrochemical Co Ltd, Beijing, 102500)AbstractThis paper studied the properties of high clarity resin of film grade LD 104, which was prepared in a lowdensity polyethylene plant of Beijing Yanhua Petrochemical Company limited. The results showed that thephysical and mechanical properties of LD 104 and the fish-eye content and mechanical properties of the filmmade of the resin were equivalent to the products of same kind prepared at home and abroad, besides thehaze of the film significantly superior to its domestic and overseas counterparts. The market development ofLD 104 was introduced and the domestic market prospect of the high clarity resin of film grade was analyzedA suggestion was presented for strengthening research and development, raising market share, imafter-sale service and defining specific market position of the resinKey Words: low density polyethylene; high clarity; film; property; market developmentThe motivity and direction of developinghigh-performance polyolefin resinsQiao Jinliang(Beijing Research Institute of Chemical Industry, SINOPEC, Beijing. 100013)AbstractThis paper presented an overview on polyolefins position in the field of synthetic materials and the cur-rent status at home and abroad. As the rapid development of preparation technologies of polyolefin resin, nu-merous novel products and grades emerged in the market and at the same time, the gap in pricing betweenroducts in different rank was getting wider gradually. Now there is an emergency and necessity for China todevelop polyolefin resins with superior performance. Developing resin specialties and novel grades, especially中国煤化工en dean indispensable approach for enhancing competitive edge arcircle of polyolefin enterYHCNMHGKey Words: polyolefin; high performance; nano-composite; polypropylene; polyethylene