间歇式生产聚丙烯粉料颗粒形态的影响因素研究

间歇式生产聚丙烯粉料颗粒形态的影响因素研究

陈钊熙

珠海裕珑石化有限公司，身份证：44522419890802071X

摘要：聚丙烯作为一种重要的工程塑料，在各个领域广泛应用，其性能和质量直接关系到最终产品的品质。本研究旨在探讨间歇式生产对聚丙烯颗粒形态的影响，以期为优化生产工艺、提高产品性能提供科学依据。

关键词：间歇式生产；聚丙烯粉料颗粒；影响因素

引言：聚丙烯是一种热塑性聚合物，在制造塑料产品、纤维和包装材料等方面有着广泛的应用，而聚丙烯颗粒形态直接关系到最终制品的物理性能和外观质量。因生产工艺不同，集中在连续式生产聚丙烯工艺上的研究较多，而本文通过研究间歇式生产过程，使我们可以更好地理解间歇式生产工艺的关键性因素，从而更好的控制聚丙烯颗粒形态的稳定。

一、聚丙烯粉料颗粒形态的基本特征

（一）聚丙烯粉料颗粒的结构和性质

聚丙烯粉料颗粒是由丙烯聚合而成的微小颗粒，其分子链结构呈线性排列。这种线性结构赋予了聚丙烯出色的物理性能。此外，聚丙烯颗粒通常呈球形，具有均匀的粒径分布，使用温度在-30℃～140℃，耐热性好，软化点大于140℃，熔点高达165℃，制品能在沸水中使用，可用蒸汽消毒，但耐寒性较差，同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，耐电压、电弧性好。

（二）聚丙烯粉料颗粒形态对产品性能的影响

聚丙烯粉料颗粒形态直接影响最终制品的性能。颗粒的大小形状和分子分布会影响产品的密度、表面光滑度和力学性能。通过控制颗粒形态，可以调节产品的硬度、韧性和透明度等性能。因此，对聚丙烯颗粒形态的深入研究对于优化性能具有重要意义。

二、间歇式生产聚丙烯粉料颗粒的生产过程和研究原因

（一）间歇式生产聚丙烯工艺概述和反应机理

原料丙烯经计量后与助剂三乙基铝、二苯基二甲氧基硅烷、催化剂四氯化钛和调节剂氢气按工艺要求注入反应釜中，反应釜夹套送热水进行引发反应，液相丙烯在74℃、3.4Mpa左右下进行本体聚合，生成的聚丙烯以颗粒态悬浮在液相丙烯中，随着反应时间的延长，聚丙烯颗粒增加，液相丙烯减少，直到液相丙烯基本消失，釜内主要是聚丙烯粉料颗粒。在这一生产过程中反应时间的工艺控制对颗粒影响最大，同时部分操作需要人工现场完成，结合生产实际，我们能够更全面地理解生产过程及自动化水平对聚丙烯颗粒形态的影响机制，为工艺优化提供切实可行的方向。总反应式为：

                  Cat+活化剂

　　　　   n CH2=CH ———————————— —[  CH2—CH]—  n

              |     74±2℃；3.4±0.2Mpa               |

     　　　 　  CH3                                  CH3

（二）间歇式生产聚丙烯粉料颗粒的研究原因

间歇式生产的周期性模式直接影响了聚丙烯颗粒形态的形成，在生产反应结束阶段，聚丙烯颗粒可能受到温度、压力、撤热能力等因素的变化，影响其形态发展。另外，生产参数的周期性变化也可能导致颗粒形态的不稳定性。因此，研究间歇式生产工艺对聚丙烯粉料颗粒形态的具体影响，对于制定合理的生产控制策略和优化工艺至关重要。聚丙烯粉料颗粒质量指标如下表所示：

三、影响聚丙烯粉料颗粒形态的因素

（一）反应温度对聚丙烯粉料颗粒形态的影响

温度是在聚丙烯生产控制中起关键作用的重要因素之一。在生产过程中，温度的变化直接影响了聚丙烯颗粒的生成和形态发展，通过控制引发的升温速度与生产过程中的撤热操作[1]，有利于颗粒的反应速率和形态发展，反应温度过高，聚丙烯分子排列打乱，聚丙烯颗粒易粘结成块，颗粒形态发生变化。因此，需严格控制温度参数。

（二）反应压力对聚丙烯粉料颗粒形态的影响

在高压环境下，聚丙烯颗粒更容易发生形变，形态更容易受到外部压力的影响。压力的变化会直接影响颗粒的形状和尺寸，进而影响最终制品的力学性能。同时压力波动较大，对电机等设备易造成损坏，易发生事故。通过有效控制反应釜的压力参数，提高对聚合反应放热过程中的撤热能力，保证换热效果，在反应压力开始本体聚合时要注意精细操作，压力逐渐升至最佳聚合压力时要稳定操作，避免压力大幅波动，这样可以精细控制聚丙烯粉料的颗粒形态。

（三）化学助剂对聚丙烯粉料颗粒形态的影响

化学助剂的选择和浓度可以调整聚丙烯分子链的结构和颗粒的表面性质。例如：（1）三乙基铝主要是将催化剂中TiCl4还原成TiCl3，同时消除丙烯原料的杂质，形成络合中心；（2）因三乙基铝的作用，AL3+/Ti3+比例将影响丙烯杂质是否根除，催化剂能否发挥最大作用，从而保证催化剂得率和丙烯转化率的实现。在其它条件不变时，催化剂Ti

3+浓度对反应速度及催化剂得率都有明显影响。当TiCl3浓度增大时，Ti3+/C=3增大，反应速率加快，反应时间缩短，但TiCl3浓度过大，易产生爆聚，塑化结块；（3）二苯基二甲氧基硅烷作为第三组份加入，主要是调节聚丙烯分子排列的，可增加配位体，改善活性中心配位环境，使之有利于聚丙烯的等规生成，这种配位体的存在还能改变链传递转移速度比，提高等规产品的聚合度。因此，化学助剂的选择和浓度对聚丙烯颗粒形态至关重要[2]。

（四）反应时间对聚丙烯粉料颗粒形态的影响

反应时间过长，将使催化剂得率、丙烯转化率明显提高，但反应速度急剧下降，若反应结束后继续延长反应时间，则聚丙烯粉料颗粒塑化结块明显增多，影响聚丙烯粉料颗粒的质量和性能。若缩短反应时间，即反应过早结束，将产生两大影响：（1）丙烯转化率、催化剂得率降低；（2）影响产品质量，因为反应釜内仍存有液相丙烯，在回收时，液相丙烯急剧蒸发导致产品颗粒粘结成块，同时回收速度太快，反应釜内丙烯又不易挥发完全，丙烯单耗增大，且易携带出大量聚丙烯，使过滤器、冷凝器等设备发生堵塞，从而影响生产。因此，要严格控好反应时间。

四、优化间歇式生产聚丙烯粉料颗粒的策略

1、对于反应温度的影响，要在生产中控制好反应釜的升温环节和聚合环节，定期清洗内管和夹套水垢，保证反应釜水冷系统的撤热效果，控制反应温度在74±2℃，以确保丙烯本体聚合的均匀性和稳定性。

2、对于反应压力的影响，应采用自动控制系统，尽可能的实现自动化操作。在蒸汽的引发下，当丙烯开始聚合放热时要精心调节，逐渐将反应釜压力提高并稳定在3.4±0.2Mpa，以实现反应稳定，同时要减少生产过程中的操作失误，避免各物料配比失衡后[3]，影响到聚丙烯粉料颗粒形态的稳定。

3、优化化学助剂的选择也是重要的控制一环。催化体系的复杂性以及非均相特性使得准确地分析动力学参数非常困难，通过生产实际对比MgCl2负载的催化剂与TiCl4催化剂，TiCl4催化剂的聚合反应速率较快，便于操作且产品各项指标达到标准。

4、控制好反应时间。宜将前期升温速度控制在0.5小时左右，升温结束缓慢将反应温度和反应压力升至丙烯聚合所需后，进行恒温、恒压，确保丙烯本体得到充分聚合，一般在3-4小时完成，通过温度、压力和搅拌电机电流判断反应是否结束，避免操作失误造成反应釜内物料比例失衡，影响颗粒形成。在判断反应结束后，及时进行结束操作，确保聚丙烯粉料颗粒形态的稳定。

五、结论

通过深入研究间歇式生产聚丙烯粉料颗粒形态的影响因素，本文提出了在优化工艺方面的策略，建议维持稳定的反应温度74±2℃、反应压力3.4±0.2Mpa、选择适宜的化学助剂TiCl4催化剂、控制最佳反应时间。通过这些具体措施的优化，可以提高聚丙烯粉料颗粒的质量和竞争力。

参考文献：

[1] 马丙建.间歇式聚丙烯生产过程撤热方式优化控制[J].山东化工, 2022(016):051.

[2] 尚沙沙.聚丙烯颗粒形状影响因素初探[J].内蒙古石油化工, 2018(10):2.

[3] 谢举文.间歇式液相本体法聚丙烯装置情况及出现的问题[J].广州化工, 2019.