CN104513336B - 一种cpp用聚丙烯无规共聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种CPP用聚丙烯无规共聚物及其制备方法,采用聚丙烯Innovene聚合工艺生产,以Amoco CD/CDI、北京化工研究院NG/NA或北京奥达催化剂公司SAL为催化剂,以三乙基铝为助催化剂,以二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)为外给电子体,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体,H2为分子量调节剂,并在两个反应釜中加入乙烯和H2,在近似活塞流的气相反应釜中连续聚合,生产聚丙烯无规共聚物粉料;所述的粉料与抗氧剂、辅助抗氧剂、稳定剂、爽滑剂一同进入同向双螺杆挤出机造粒,得到所述的CPP用聚丙烯无规共聚物,其熔融指数为6.0~12.0g/10min,乙烯含量为3.0~8.0%。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯无规共聚物及其制备方法,特别是涉及一种CPP用聚丙烯无规共聚物及其制备方法,所述的聚丙烯无规共聚物适用于三层共挤聚丙烯流延膜的热封层和电晕层。
背景技术
聚丙烯流延薄膜(Cast Polypropylene film;CPP)是通过熔体流延骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜。与吹塑薄膜相比,其特点是生产速度快、产量高,薄膜透明性、光泽性、厚度均匀性优越,还具有良好的热封性、耐油性、耐蒸煮性,抗刮性和包装机械适用性好,同时由于是平挤薄膜,后续工序如印刷、复合等极为方便,因而广泛应用于纺织品、鲜花、食品、日用品的包装,同时也用作高温蒸煮膜、复合膜内层热封材料和金属化基膜等。随着市场需求的不断增加,CPP产品开发主要集中在超低温热封膜、耐寒薄膜、高温蒸煮膜等,一些特殊用途的聚丙烯流延薄膜也在开发应用中,如抗静电膜、农药膜、高透明超柔软膜等正逐渐推向市场,占领着新的应用领域。
CPP的生产有单层流延和多层共挤流延两种方式。多层共挤流延膜可分为热封层、支撑层、电晕层三层。聚丙烯无规共聚物既有良好的热封性能,又有合适的熔点、软化点、韧性、透明度和冲击强度,一般用做三层共挤CPP膜的热封层和电晕层。
国内石化企业中用做CPP膜热封层和电晕层的聚丙烯无规共聚物主要生产厂商是上海石化和独山子石化等。上海石化和独山子石化都采用的是Spheripol工艺,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双环管聚合工艺,工艺采用高效催化剂,生成的PP粉料呈圆球形,颗粒大而均匀,分布可以调节。上海石化生产的用于聚丙烯流延膜的热封层和电晕层的商品料牌号为F800E,F800E为聚丙烯无规共聚物,共聚单体为乙烯。
专利CN 101987900 A公布了一种聚丙烯流延膜专用树脂及其制备方法,其产品的熔体流动速率为6.0~9.0g/10min,乙烯含量为3.6~4.0%,装置采用的是国产第二代环管工艺,亦即Spheripol工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种采用聚丙烯Innovene聚合工艺合成用于三层共挤聚丙烯流延膜(CPP)热封层和电晕层的聚丙烯无规共聚物的方法,以及该方法所制得的聚丙烯无规共聚物。
本发明采用如下技术方案:
一种CPP用聚丙烯无规共聚物的制备方法,采用聚丙烯合成Innovene聚合工艺,两个串联的卧式搅拌床反应釜中,在第一反应釜中加入Ziegler-Natta催化剂TiCl4/MgCl2·ID、助催化剂烷基铝和外给电子体硅烷,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体,H2为分子量调节剂,并在两个反应釜中均加入乙烯和H2,在近似活塞流的气相反应釜中连续聚合,生产得到聚丙烯无规共聚物粉料;所述的粉料加入助剂后进入同向双螺杆挤出机造粒,得到所述的CPP用聚丙烯无规共聚物。
所述的方法中,第一和第二反应釜中聚合反应温度为66℃,反应压力为2.31MPa;
所述的方法中,第一反应釜中,催化剂的加入量与丙烯的流量比为1∶6~9×103,丙烯与乙烯的流量比为1×103∶80~84,丙烯与H2流量比为1×103∶0.02~0.03;第二反应釜中,丙烯与乙烯的流量比为1×103∶80~86,丙烯与H2流量比为1×103∶0.02~0.03。
所述的CPP用聚丙烯无规共聚物熔融指数为6.0~12.0g/10min,乙烯含量为3.0~8.0%。
本发明所述的催化剂为Ziegler-Natta催化剂,即TiCl4/MgCl2·ID负载型催化剂,优选地,包括TiCl4和载于MgCl2上的二正丁基酞酸酯(DNBP,内给电子体ID),其中钛含量2-3.5%(wt),镁含量17.5-19.5%(wt),酯含量10-17%(wt)。所述的催化剂优选Amoco CD/CDI催化剂、北京化工研究院NG/NA催化剂或北京奥达催化剂公司SAL催化剂。
优选地,本发明所述的助催化剂为三乙基铝,外给电子体为二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)。
催化剂、助催化剂、外给电子体均在第一反应釜中加入,其中催化剂的加入量与丙烯的流量比为1∶6~9×103,Al/Mg的摩尔比为8∶1~13∶1,优选为10∶1,Al/Si的摩尔比为2.5∶1~4∶1,优选为3∶1。
具体地,以负荷设定为25.0t/h的装置为例,第一反应釜丙烯进料18.0t/h,第二反应釜丙烯进料7.0t/h,则第一反应釜乙烯进料控制1440~1500Kg/h,第二反应釜乙烯进料控制560~600Kg/h,第一反应釜H2进料控制0.36~0.54Kg,第二反应釜H2进料控制0.14~0.20Kg,催化剂进料控制2.0~3.0Kg/h,三乙基铝进料控制5.4~8.0Kg/h,外给电子体进料控制1.0~1.6Kg/h。其中催化剂进料优选为2.3~2.8Kg/h,三乙基铝进料优选6.0~7.0Kg/h,给电子体进料优选1.2~1.4Kg/h。
本发明所述的助剂由抗氧剂、辅助抗氧剂、稳定剂、爽滑剂和过氧化物组成。具体地,助剂配方即各种塑料助剂的添加比例,以聚丙烯无规共聚物粉料按100重量份计,其中抗氧剂1010加入量为0.3~1.0‰,抗氧剂168加入量为0.5~1.0‰,抗氧剂BHT加入量为0.3~0.8‰,稳定剂加入量为0.5~1.2‰,爽滑剂加入量为0.5~1.0‰,过氧化物加入量为0.1~1.0‰。
优选地,抗氧剂1010加入量为0.3~0.6‰,抗氧剂168加入量为0.6~0.9‰,抗氧剂BHT加入量为0.3~0.5‰,稳定剂加入量为0.6~1.0‰,爽滑剂加入量为0.5~0.8‰,过氧化物加入量为0.2~0.5‰。
本发明所述稳定剂可选自硬脂酸钙或硬脂酸锌,爽滑剂选自芥酸酰胺或油酸酰胺,过氧化物选自叔丁基过氧化物或2,5-二甲基-2,5-(二叔丁基过氧)己烷。
本发明还涉及所述方法制得的聚丙烯无规共聚物,所述的聚丙烯无规共聚物可用于三层共挤聚丙烯流延膜的热封层和电晕层。
本发明采用聚丙烯Innovene聚合工艺,通过控制乙烯加入量、氢气加入量,确定催化剂加入量、Al/Mg比、Al/Si比最佳控制值,实现乙烯含量在3.0~8.0%、熔融指数在6.0~12.0g/10min之间聚丙烯无规共聚物的工业化生产。开发的聚丙烯无规共聚物因具有优良的物理机械性能、热封性能及透明性而广泛应用于三层共挤聚丙烯流延膜热封层和电晕层。
具体实施方式
采用扬子石化聚丙烯Innovene聚合工艺合成用于CPP的聚丙烯无规共聚物。本发明的聚丙烯无规共聚物的合成采用Ziegler-Natta催化剂,包括TiCl4和载于MgCl2之上的二正丁基酞酸酯(DNBP),以三乙基铝为助催化剂,以二异丁基二甲氧基硅烷(DIBDMS)为外给电子体,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体,H2为分子量调节剂,并在两个反应釜中加入乙烯和H2,在近似活塞流的气相卧式釜中聚合,生产聚丙烯无规共聚物粉料。聚丙烯无规共聚物粉料与抗氧剂、辅助抗氧剂、稳定剂、爽滑剂等助剂一同进入同向双螺杆挤出机造粒,得到的聚丙烯无规共聚物的熔融指数为6.0~12.0g/10min,乙烯含量为3.0~8.0%。
所述工艺有两个完全相同的卧式搅拌床反应釜,第一反应釜丙烯进料18.0t/h、第二反应釜丙烯进料7.0t/h,第一反应釜乙烯进料控制1440~1500Kg/h,第二反应釜乙烯进料控制560~600Kg/h,第一反应釜H2进料控制0.36~0.54Kg,第二反应釜H2进料控制0.14~0.20Kg,催化剂进料控制2.0~3.0Kg/h,三乙基铝进料控制5.4~8.0Kg/h,给电子体进料控制1.0~1.6Kg/h。其中催化剂进料优选为2.3~2.8Kg/h,三乙基铝进料优选6.0~7.0Kg/h,给电子体进料优选1.2~1.4Kg/h。
在正常生产过程中,加入第一反应釜的催化剂量是唯一影响负荷的最重要的因素。催化剂(2.0~3.0Kg/h)由催化剂计量泵计量加入到第一反应釜中。三乙基铝(5.4~8.0Kg/h)作为催化剂体系的助催化剂,以纯净未经稀释的形式提供,并且直接从装运罐中经泵升压后加入第一反应釜中。给电子体DIBDMS(1.0~1.6Kg/h)以纯净的未稀释的形式加入反应釜,用N2加压经改性剂加料泵送到第一反应釜中。用Al/Mg摩尔比和Al/Si摩尔比两个参数来控制加入到反应釜的助催化剂和外给电子体的量,从而控制产品特性。即助催化剂三乙基铝的加入量受催化剂加入量的串级控制,外给电子体的加入量受三乙基铝加入量的串级控制。
第一、二反应釜是卧式搅拌反应釜,丙烯(第一反应釜控制18.0t/h,第二反应釜控制7.0t/h)以急冷液的形式进入反应釜,乙烯和氢气在反应釜顶部分离器一起加入反应釜,在催化剂的作用下,反应温度都为66℃,反应压力都为2.31MPa,丙烯/乙烯进行连续气相聚合,聚合热由喷洒到粉料床层表面的液态丙烯(急冷液)汽化撤走。从反应釜中排出的聚丙烯粉料经过干燥后进入粉料储罐,然后经过计量加入助剂后经双螺杆挤出机造粒,造粒系统出来的颗粒送至颗粒掺混仓。
所述的方法具体工艺条件如下:
表1.聚合工艺条件
表2.同向双螺杆挤出机造粒工艺
本发明所述的催化剂为Amoco CD/CDI、北京化工研究院NG/NA或北京奥达催化剂公司SAL。其规格如下:
钛含量,%(wt) | 2-3.5 |
镁含量,%(wt) | 17.5-19.5 |
氯含量,%(wt) | 50-62 |
酯含量,%(wt) | 10-17 |
基烷含量,%(wt) | ≤5 |
本发明所述的三乙基铝规格如下:
铝,% | ≥22.7 |
三乙基铝,% | ≥93.0 |
三正丙基铝,% | ≤0.1 |
三正丁基铝,% | ≤5.0 |
三异丁基铝,% | ≤0.5 |
氢,% | ≤1.0 |
本发明所述给电子体为DIBDMS,其规格如下:
项目 | 指标 |
纯度 | ≥97wt% |
甲醇 | ≤0.1wt% |
本发明所述的丙烯规格如下:
项目 | 规格 |
丙烯 | ≥99.5wt% |
丙烷 | ≤0.5wt% |
乙烷 | ≤300ppm wt |
总惰性气体 | ≤540ppm wt |
甲基乙炔 | ≤7ppm wt |
丙二烯 | ≤7ppm wt |
丁二烯 | ≤8ppm wt |
己烷和壬烯 | ≤5ppm wt |
氢 | ≤2ppm wt |
甲醇 | ≤1ppm wt |
氧 | ≤1ppm wt |
水 | ≤1ppm wt |
一氧化碳 | ≤0.3ppm wt |
二氧化碳 | ≤2ppm wt |
总硫 | ≤0.5ppm wt |
羰基硫化物 | ≤0.3ppm wt |
本发明所述的乙烯规格如下:
本发明所述氢气规格如下:
项目 | 规格 |
氢%(mol) | ≥85 |
氧ppm(V) | ≤25 |
CO+CO2ppm(V) | ≤10 |
水ppm(V) | ≤15 |
本发明所述助剂配方即各种塑料助剂的添加比例,以聚丙烯无规共聚物粉料按100重量份计,其中抗氧剂1010加入量为0.3~1.0‰,抗氧剂168加入量为0.5~1.0‰,抗氧剂BHT加入量为0.3~0.8‰,稳定剂加入量为0.5~1.2‰,爽滑剂加入量为0.5~1.0‰,过氧化物加入量为0.1~1.0‰。
其中,所述抗氧剂1010为四[B-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇,熔点为110-125℃,分解温度大于220℃。所述抗氧剂168为三(2,4-二特丁基苯基)亚磷酸盐,分子量为647,熔点为181-186℃,分解温度大于300℃。所述抗氧剂BHT为2,6-二特丁基对-甲酚,分子量为220,熔点为69-70℃。所述稳定剂HA为硬脂酸钙或硬脂酸锌。所述爽滑剂为芥酸酰胺或油酸酰胺。所述过氧化物为叔丁基过氧化物或2,5-二甲基-2,5-(二叔丁基过氧)己烷。
本发明中,所述熔融指数按照GB/T3682-2000标准测试,测试条件为230℃、2.160Kg。
本发明中,所述乙烯含量用傅立叶红外光谱法测定。
本发明中,所述拉伸性能按照GB/T2546.2-2003标准测试,拉伸速度为50mm/min。
本发明中,所述弯曲模量按照GB/T9341-2000标准测试。
本发明中,所述热变形温度按照GB/T1634-2004标准测试,负荷为0.45MPa。
实施例1
试验负荷设定为25.0t/h,催化剂2.0Kg/h,三乙基铝5.4Kg/h,给电子体DIBDMS为1.0Kg/h,乙烯(第一反应釜控制1440~1500Kg/h,第二反应釜控制560~600Kg/h),丙烯(第一反应釜控制18.0t/h,第二反应釜控制7.0t/h),H2(第一反应釜控制0.36~0.54Kg,第二反应釜控制0.14~0.20Kg),以急冷液的形式进入反应釜,乙烯和氢气在反应釜顶部分离器一起加入反应釜,在催化剂的作用下,反应温度都为66℃,反应压力都为2.31MPa,丙烯/乙烯进行连续气相聚合,聚合热由喷洒到粉料床层表面的液态丙烯(急冷液)汽化撤走。从反应釜中排出的聚丙烯粉料经过干燥后进入粉料储罐,然后经过计量加入助剂后经双螺杆挤出机造粒,造粒系统出来的颗粒送至颗粒掺混仓。
以每个掺混仓200吨聚丙烯粉料计,则抗氧剂1010为80Kg、抗氧剂168为160Kg、抗氧剂BHT为60Kg、稳定剂为200Kg、爽滑剂为100Kg、过氧化物为40Kg,其上述聚丙烯粉料与助剂充分混合后经双螺杆挤出机造粒后,在掺混仓混合均匀后,得到所述的聚丙烯无规共聚物。
产品的熔融指数为7.4g/10min,乙烯含量为4.3%,拉伸强度为25.8MPa,弯曲模量为828MPa,热变形温度为85℃。
实施例2
试验负荷设定为25.0t/h,催化剂2.5Kg/h,三乙基铝6.7Kg/h,给电子体DIBDMS为1.3Kg/h,乙烯(第一反应釜控制1440~1500Kg/h,第二反应釜控制560~600Kg/h),丙烯(第一反应釜控制18.0t/h,第二反应釜控制7.0t/h),H2(第一反应釜控制0.36~0.54Kg,第二反应釜控制0.14~0.20Kg),以急冷液的形式进入反应釜,乙烯和氢气在反应釜顶部分离器一起加入反应釜,在催化剂的作用下,反应温度都为66℃,反应压力都为2.31MPa,丙烯/乙烯进行连续气相聚合,聚合热由喷洒到粉料床层表面的液态丙烯(急冷液)汽化撤走。从反应釜中排出的聚丙烯粉料经过干燥后进入粉料储罐,然后经过计量加入助剂后经双螺杆挤出机造粒,造粒系统出来的颗粒送至颗粒掺混仓。
以每个掺混仓200吨聚丙烯粉料计,则抗氧剂1010为80Kg、抗氧剂168为160Kg、抗氧剂BHT为60Kg、稳定剂为240Kg、爽滑剂为100Kg、过氧化物为50Kg,其上述聚丙烯粉料与助剂充分混合后经双螺杆挤出机造粒后,在掺混仓混合均匀后,得到所述的聚丙烯无规共聚物。
产品的熔融指数为8.2g/10min,乙烯含量为5.1%,拉伸强度为25.0MPa,弯曲模量为806MPa,热变形温度为84℃。
实施例3
试验负荷设定为25.0t/h,催化剂2.8Kg/h,三乙基铝8.0Kg/h,给电子体DIBDMS为1.6Kg/h,乙烯(第一反应釜控制1440~1500Kg/h,第二反应釜控制560~600Kg/h),丙烯(第一反应釜控制18.0t/h,第二反应釜控制7.0t/h),H2(第一反应釜控制0.36~0.54Kg,第二反应釜控制0.14~0.20Kg),以急冷液的形式进入反应釜,乙烯和氢气在反应釜顶部分离器一起加入反应釜,在催化剂的作用下,反应温度都为66℃,反应压力都为2.31MPa,丙烯/乙烯进行连续气相聚合,聚合热由喷洒到粉料床层表面的液态丙烯(急冷液)汽化撤走。从反应釜中排出的聚丙烯粉料经过干燥后进入粉料储罐,然后经过计量加入助剂后经双螺杆挤出机造粒,造粒系统出来的颗粒送至颗粒掺混仓。
以每个掺混仓200吨聚丙烯粉料计,则抗氧剂1010为100Kg、抗氧剂168为200Kg、抗氧剂BHT为80Kg、稳定剂为300Kg、爽滑剂为100Kg、过氧化物为60Kg,其上述聚丙烯粉料与助剂充分混合后经双螺杆挤出机造粒后,在掺混仓混合均匀后,得到所述的聚丙烯无规共聚物。
产品的熔融指数为9.0g/10min,乙烯含量为4.8%,拉伸强度为25.2MPa,弯曲模量为836MPa,热变形温度为85℃。
Claims (10)
1.一种CPP用聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:采用聚丙烯合成Innovene聚合工艺,两个串联的卧式搅拌床反应釜中,在第一反应釜中加入Ziegler-Natta催化剂TiCl4/MgCl2·ID、助催化剂烷基铝、外给电子体硅烷,以丙烯为原料,乙烯为共聚单体,H2为分子量调节剂,并在两个反应釜中均加入乙烯和H2,在近似活塞流的气相反应釜中连续聚合,生产得到聚丙烯无规共聚物粉料;所述的粉料加入助剂后进入同向双螺杆挤出机造粒,得到所述的CPP用聚丙烯无规共聚物;
所述的方法中,第一和第二反应釜中聚合反应温度为66℃,反应压力为2.31MPa;
所述的方法中,第一反应釜中,催化剂的加入量与丙烯的流量比为1∶6~9×103,丙烯与乙烯的流量比为1000∶80~84,丙烯与H2流量比为1×103∶0.02~0.03;第二反应釜中,丙烯与乙烯的流量比为1000∶80~86,丙烯与H2流量比为1×103∶0.02~0.03;
所述的CPP用聚丙烯无规共聚物熔融指数为6.0~12.0g/10min,乙烯含量为3.0~8.0%。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的Ziegler-Natta催化剂,包括TiCl4和载于MgCl2上的二正丁基酞酸酯,其中钛含量2-3.5wt%,镁含量17.5-19.5wt%,酯含量10-17wt%。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的Ziegler-Natta催化剂选自Amoco CD/CDI催化剂、北京化工研究院NG/NA催化剂或北京奥达催化剂公司SAL催化剂。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的助催化剂为三乙基铝,所述的外给电子体为二异丁基二甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的Ziegler-Natta催化剂的加入量与丙烯的流量比为1∶6~9×103,Al/Mg的摩尔比为8∶1~13∶1,Al/Si的摩尔比为2.5∶1~4∶1。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的方法中,以第一反应釜丙烯进料18.0t/h,第二反应釜丙烯进料7.0t/h计,第一反应釜乙烯进料控制1440~1500Kg/h,第二反应釜乙烯进料控制560~600Kg/h,Ziegler-Natta催化剂进料控制2.0~3.0Kg/h,助催化剂为三乙基铝,进料控制5.4~8.0Kg/h,外给电子体为二异丁基二甲氧基硅烷,进料控制1.0~1.6Kg/h。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的助剂由抗氧剂、辅助抗氧剂、稳定剂、爽滑剂和过氧化物组成。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述的助剂的组成为,以聚丙烯无规共聚物粉料按100重量份计,其中抗氧剂1010加入量为0.3~1.0‰,抗氧剂168加入量为0.5~1.0‰,抗氧剂BHT加入量为0.3~0.8‰,稳定剂加入量为0.5~1.2‰,爽滑剂加入量为0.5~1.0‰,过氧化物加入量为0.1~1.0‰。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯无规共聚物的制备方法,其特征在于:所述稳定剂选自硬脂酸钙或硬脂酸锌,爽滑剂选自芥酸酰胺或油酸酰胺,过氧化物选自2,5-二甲基-2,5-(二叔丁基过氧)己烷。
10.权利要求1~9任一所述的方法制得的CPP用聚丙烯无规共聚物。
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