瓶盖专用树脂 HDPE 5603JP的开发

刘彬彬

（中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司生产运行处，黑龙江省大庆市 163714）

近几年，我国瓶装饮料年销量平均年增长率达21%，列亚洲各国前茅。根据市场调研，国内市场对瓶盖专用树脂的需求在50 kt/a以上，主要依赖进口，仅华东地区对瓶盖料的需求就达到万吨以上，并且保持以年均5%的速度增长。

中国石油大庆石化分公司（简称大庆石化公司）高密度聚乙烯（HDPE）装置采用日本三井油化专利技术低压己烷浆液法工艺,以乙烯为主要原料，丙烯或1-丁烯为共聚单体，氢气为相对分子质量调节剂，采用钛系齐格勒-纳塔型高效催化剂，通过调整聚合工艺条件及聚合釜串、并联方式调节HDPE树脂产品性能，可生产注塑、挤塑、吹塑等产品。2011年1月，大庆石化公司通过调整HDPE装置C线共聚单体1-丁烯加入比例等工艺条件，生产出符合国家食品包装用产品HDPE瓶盖专用树脂 5603JP，并在2012年2月13—16日进行扩大生产，完成了72 h生产标定。

1 生产工艺

1.1 原料

乙烯，聚合级，纯度为99.95%；1-丁烯，纯度为99.0%；氢气，纯度为95.0%：均为大庆石化公司生产。

主催化剂BCE，粒径5～10 μm，钛质量分数为5.0%～7.0%，催化剂活性小于或等于30 000 kg/kg，中国石油化工股份有限公司催化剂北京奥达分公司生产。助催化剂三乙基铝，总铝质量分数大于或等于22.80%，三乙基铝质量含量大于或等于96.00%，营口市向阳化工厂生产。

1.2 技术指标控制

HDPE 5603JP产品的生产过程采用并联A生产方式。通过前期研究并结合大庆石化公司HDPE 装置生产工艺情况，制定出HDPE 5603JP产品质量指标（见表1）。

表1 HDPE 5603JP产品质量指标Tab.1 Product quality indices of HDPE 5603JP

根据聚合釜内HDPE树脂MFR和釜内n（H2）/n（C2H4）的关系以及MFR和催化剂浓度之间的关系，确定聚合釜催化剂浓度为0.022 mmol/L，釜内n（H2）/n（C2H4）为1.30～1.50；根据回归的聚合釜HDPE 的MFR、密度、共聚单体的关系曲线及对相对分子质量分布的要求，确定了聚合的主要操作条件为温度85 ℃、压力0.4～0.6 MPa，共聚单体1-丁烯与乙烯质量比为0.007。

2 生产过程及控制

2012年2月，对大庆石化公司HDPE装置C线进行了HDPE 5603JP的工业化生产标定。标定时间72 h，共生产产品635 t，各项质量指标全部达到要求。

2.1 聚合工段

在生产HDPE 5300E电缆料的基础上生产HDPE 5603JP瓶盖专用树脂，聚合工段需要进行反应釜串并联切换和物料组分调整，通过改变生产流程和控制主催化剂BCE、助催化剂三乙基铝、共聚单体1-丁烯和氢气进料量，尽快将聚合工段生产工艺参数调整并稳定控制在各项指标范围内。具体生产工艺参数见表2。

表2 HDPE 5603JP生产工艺参数Tab.2 Production process parameters of HDPE 5603JP

瓶盖专用树脂属于食品包装类树脂，对气味等卫生性能要求较高，通过调整生产过程中母液返回聚合的比例小于50%，成功解决了产品的气味问题。

2.2 添加剂的配制

先在添加剂混合器中将硬脂酸钙与氟弹性体按质量比2∶1混合，然后按1.5‰的比例通过计量秤将混合后的硬脂酸钙与氟弹性体加入合成的粉末树脂中，再通过连续助剂混合器将混合物注入混炼机中参加造粒。

2.3 造粒工段

造粒系统运行负荷9.5～10.0 t/h，每间隔4 h对HDPE 5603JP颗粒的MFR与密度进行分析。结果表明：在稳定控制聚合工段运行参数的前提下HDPE 5603JP产品的MFR稳定控制在2.5～4.0 g/10 min，密度稳定控制在0.954～0.958 g/cm3。72 h标定期间第1202046批次产品MFR、密度等实际性能参数见表3。

表3 HDPE 5603JP实际产品性能Tab.3 Test results of the product properties of HDPE 5603JP

3 产品性能

从表4可以看出：HDPE 5603JP产品在整体性能上与进口产品性能相当，个别指标（如悬臂梁缺口冲击强度、拉伸屈服强度）优于进口产品。

表4 5603JP与进口产品性能对比Tab.4 Property comparison between 5603JP and the imported products

4 加工试验

2011—2012年，HDPE 5603JP产品在杭州农夫山泉公司茶园工厂、广东东莞金富实业有限公司进行了加工应用试验。结果表明：HDPE 5603JP在产品尺寸控制方面可与进口B树脂媲美。HDPE 5603JP加工后的产品经自然冷却、水煮冷却后无异味，且在日晒条件下也无异味，表明瓶盖专用树脂HDPE 5603JP的卫生性能达到产品的应用要求。瓶盖产品在常温和低温条件下从2.0 m高度跌落均无爆裂，瓶盖中心垂直方向及边缘90°，45°方向进行抗冲击实验产品无爆裂。这表明HDPE 5603JP生产的瓶盖制品各项性能均满足用户要求，并且树脂达到了GB 9691—1988《食品包装用聚乙烯树脂卫生标准》的各项指标要求，可满足食品加工厂家对原料的卫生要求。

5 结论

a）确定了HDPE 5603JP的技术指标,其中MFR为2.5～4.0 g/10 min,密度为0.948～0.954 g/cm3。

b）通过对聚合工艺、共聚单体及稳定剂配方的调整与改进，使HDPE 5603JP树脂的卫生性能指标达到国家标准要求，产品质量指标达到企业标准要求。于2012年2月完成工业化标定，共计生产635 t产品，生产过程稳定，产品MFR、密度平稳，各项性能均达到了指标要求。

3）产品的加工性能较好，适宜制作瓶盖类制品，制品的性能优良。

[1] 厉蕾，左逢兴，戈新生，等.塑料技术手册[M].北京：化学工业出版社出版，1996：50-55.

[2] 柏基业，应丽英，徐宏彬. 聚丙烯瓶盖树脂的中试开发和工业化生产[J]. 合成树脂及塑料，2009，26（5）：13-16.