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高熔指熔喷PP材料是怎么生产出来的?

期口罩材料非常受关注,而咱们高分子人在这场战疫中,没有拖后腿。今天要介绍的是熔喷PP料是怎么生产出来的。


(一):高熔指PP的市场需求

聚丙烯的熔体流动性能与其分子量密切相关。由常规的Ziegler-Natta催化体系制备得到的商品聚丙烯树脂的重均分子量一般在3×105~7×105之间。这些常规聚丙烯树脂的熔融指数一般较低,限制了应用范围。


随着化学纤维工业及纺织机械工业的飞速发展,非织造布工业迅速崛起。聚丙烯的一系列优点使它成为非织造布的首选原料。随着社会的发展,非织造布的应用领域趋于广阔:在医疗卫生方面,非织造布可用以制造隔离服、口罩、手术服、妇女卫生巾、婴儿尿布等等;作为建筑和土工材料,非织造布可以用于屋顶防水、道路施工、水利工程方面,或采用纺粘、针刺复合技术生产高级屋面毡,其使用寿命比传统的沥青油毡高5~10倍;过滤材料也是非织造布发展最快的产品之一,可用于化工、医药、食品等行业的气体、液体过滤,具有和大的市场潜力;此外,在生活家用方面,非织造布可用于合成革、箱包、衣衬、装饰布、揩布的制造。


正是由于非织造布的不断发展,对其生产和应用的要求也不断提高,如熔喷、高速生产、薄型产品等。因此,对非织造布的主要原料聚丙烯树脂的加工性能的要求也相应提高;此外,高速纺或细旦聚丙烯纤维的生产也要求聚丙烯树脂具有良好的熔融流动性能;一些不能耐高温的颜料更需要加工温度相对较低的聚丙烯作为载体。所有这些都要求以能在较低温度下加工的超高熔融指数聚丙烯树脂为原料。

              图:工作人员进行熔指测试实验


熔喷布专用料就是高熔融指数的聚丙烯。熔融指数是指熔体每10分钟通过标准口模毛细管的质量,数值越大,表示材料的加工流动性越好。聚丙烯的熔融指数越高,熔喷出的纤维就越细,制作成的熔喷布过滤性也就越好。


(二):制备高熔融指数聚丙烯树脂的方法

一是通过控制聚合反应工艺以控制聚丙烯的分子量及分子量分布,如采用提高阻聚剂如氢气浓度的方法降低聚合物的分子量,从而提高熔融指数。这种方法受催化体系、反应条件等因素的限制,熔融指数的稳定性较难控制,实施比较困难。


燕山石化用茂金属催化剂在前几年就在直接聚合熔指1000以上的熔喷料了,由于稳定性较难控制,一直没有大批量聚合。今年发生疫情以来燕山石化,采用2010年开发的可控降解聚丙烯熔喷料生产技术,于2月12日产出聚丙烯熔喷无纺布专用料,同时采用茂金属催化剂在装置上进行了工业试验,目前已经生产出产品,正发往下游用户试用。


另一种方法是将常规聚合得到的聚丙烯进行控制降解,降低其分子量,提高熔融指数。

过去常用高温降解方法来降低聚丙烯的分子量,但这种高温机械降解的方式有许多弊端,如添加剂流失及热分解、工艺不稳定等不利因素。此外还有超声波降解等方法,但这些方法往往需要有溶剂的存在,增加了工艺难度和成本。近年来,聚丙烯化学降解的方法逐渐得到了广泛应用。


(三):化学降解法生产高熔指PP

化学降解法是使聚丙烯和化学降解剂如有机过氧化物等在螺杆挤出机中进行反应,使聚丙烯分子链发生断裂而降低其分子量。与其它降解方法相比,它具有降解完全、熔体流动性好、制备工艺简便易行等优点,容易进行大规模工业化生产。这个也是改性塑料厂商采用最多的方法。

                上海石化控股子公司——金昌公司生产图片



1:设备的要求

高熔指跟普通PP改性设备完全不一样,做喷熔料的设备需要长径比更长,且机头需为垂直机头,或采用水下造粒(无锡华辰有类似的水下切);物料很稀,从机头出来后需要立马接触水,便于冷却;

生产常规聚丙烯,挤出机切粒速度是每分钟70米,而高熔指聚丙烯则要求切粒速度达到每分钟120米以上。另外,由于高熔指聚丙烯流速快,其冷却距离也要从4米增加到12米。

做熔喷料的机器要求换网不断条,一般采用双工位换网器。电机功率要求大很多,螺杆元件里面的剪切块会用的多一些;

据科亚潘工介绍:熔喷专用料双螺杆线有相当的特殊性

一:要进料(PP、DCP等)平稳;

二:要据复合配方的半衰期确定合适长径比和开口的轴向位置(已进化至第三代,确保CR-PP反应挤出顺畅运行);

三:要保证熔指在公差范围内的前提下有较高的产量(30多根成品条比仅十几条有较高性价比和掺合的基础);

四:必须配特种下水模头。熔体与受热要均匀,废料量要少;

五:应配备熔喷料成熟冷切粒机为较佳(业内有口碑),以确保成品粒的成色和高一级品率;

六:如有在线检测反馈则更佳。


另外,侧喂料加入液体的降解引发剂由于添加比例小的关系对精度要求更高。做侧喂料设备的如:进口的布拉本达,久保田,国产的松耐等。


2:目前采用的降解催化剂

1:过氧化二叔丁基(Di-t-butyl peroxide),又称二叔丁基过氧化物,引发剂a,硫化剂dTBP,无色至微黄色透明液体,不溶于水,与苯、甲苯、丙酮等有机溶剂混溶。有强氧化性,易燃,常温下较稳定,对撞击不敏感。


2:双二五硫化剂,简称DBPH,化学名称2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷,分子量290.44。淡黄色液体及膏状和乳白粉状,相对密度0.8650。凝固点8℃。沸点50~52℃(13Pa)。折射率1.418~1.419。液体黏度6.5mPa.s。闪点(开杯)58℃。溶于大部分醇、醚、酮、酯、芳香烃等有机溶剂,不溶于水。


3:熔指的测试

熔指测试需要根据《GB/T 30923-2014 聚丙烯熔喷专用料》,进行测试;普通的熔指仪不可以测试。高熔指是采用体积法,而不是质量法来测试。

国产的设备还有承德优特、广信电子科技、杭州金迈、吉林科教仪器厂,进口的还有Zwick;

承德市金建检测仪器有限公司,其生产的MFI-2322H熔体流动速率仪专用于超高流动聚丙烯材料的MVR测定,符合《GB/T 30923-2014 聚丙烯熔喷专用料》产品出厂检测试验要求,测试范围:(500--2500)cm³/10min。

目前做熔喷PP改性的有:


1.    山东道恩高分子材料股份有限公司

2.    湖南盛锦新材料有限公司

3.    金发科技股份有限公司

4.    北京伊士通新材料发展有限公司

5.    上海华合复合材料有限公司

6.    杭州宸达新材料有限公司

7.    韩国大林巴塞尔


近期推出的还有

1:南京聚隆科技股份有限公司

2:合肥杰事杰新材料股份有限公司

3:上海普利特复合材料股份有限公司

4:聚赛龙工程塑料有限公司

5:深圳市沃特新材料股份有限公司

6:横店集团得邦工程塑料有限公司

7:宁波能之光新材料科技有限公司

8:合肥会通新材料有限公司

9:青岛国恩科技有限公司

10:中广核高新核材科技(苏州)有限公司


当然,高熔指PP并不只是一个熔融指数,要求分子量分布窄、灰分低、无其他产物残留、纺丝性能好,过滤效率高,电荷储存能力高,因此下游厂商还需要对厂商产品进行测试才能应用。


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