不同工艺生产的高流动性均聚聚丙烯纤维Z30S性能对比

蒋文军 周丹东 李国飞

（中国石油化工股份有限公司茂名分公司，广东茂名，525000）

不同工艺生产的高流动性均聚聚丙烯纤维Z30S性能对比

蒋文军 周丹东 李国飞

（中国石油化工股份有限公司茂名分公司，广东茂名，525000）

本文主要讨论了采用氢调法和降解法生产的Z30S在产品性能、生产控制和加工应用上的差异。通过实际生产和加工应用验证，降解法更适合高流动性均聚聚丙烯纤维的生产需求。用降解法生产 Z30S装置生产容易控制，可操作性更强，加工应用性能更好。

氢调法、降解法、Z30S、聚丙烯纤维

高流动性均聚聚丙烯纤维主要应用于纺粘无纺布生产，纺粘法无纺布由于工艺先进，成本低，且无纺布具有良好的强度，熔点低，密度小，耐化学稳定性好等优点，广泛应用于家用、医疗及卫生、产业用纺织品等，常见制品有地毯、毛巾、浴巾、窗帘、桌布、沙发罩布、功能性运动服，口罩、手术服、工作服和医院床单、卫生巾、一次性尿布及烟用丝束，农业丰收保护膜、车辆内饰、土工织物等等。目前流行的生产高流动性均聚聚丙烯纤维的生产方法主要有：氢调法和降解法（又叫可控流变法）。Z30S是目前市场上广泛应用于无纺布、丙纶纤维的高流动性均聚聚丙烯，为了适应市场需求，茂名石化使用以上两种方法试生产了Z30S，并对其性能和可操作性进行了对比。

1、生产工艺

1.1氢调法

氢调法就是在生产过程中采用氢气作为分子量调节剂，在聚合反应器中加入氢气，随着氢气加入量的增大，产品的MFR不断提高，最后达到理想的MFR的产品。

1.2降解法

降解法主要是在PP粉料造粒过程中向混炼机加入有机过氧化物降解剂，使分子链断裂，从而达到提高产品 MFR的目的。降解的机理主要是：过氧化物受热产生自由基，自由基进攻分子链上的叔碳原子，然后进行β键断裂，使产品的分子量降低，MFR提高，最终达到理想的MFR产品。

2、产品性能

茂名石化分别用氢调法和以T30S（MFR为3.0 g/10min）为基料采用降解法生产了Z30S，测得力学性能见表1：

表1　用氢调法和降解法生产的Z30S的力学性能

从表1可以看出，氢调法生产的Z30S的拉伸屈服强度和拉伸模量都高于降解法生产的产品。主要原因是因为大分子容易穿插缠绕而产生应力集中的薄弱环节，因此基体树脂在降解过程中，产生的过氧自由基首先进攻大分子［1］，使大分子的分子链断裂而使树脂的MFR提高，同时也使聚丙烯树脂的分子量分布变窄。用氢调法生产的Z30S由于分子量分布较宽，低分子部分和高分子部分相互作用大，结晶过程中，低分子部分贡献大，低分子部分优先结晶，从而使产品的结晶度提高。因而用氢调法生产的Z30S比用降解法生产的刚性要高。

从表1还可以看出，用氢调法生产的 Z30S断裂伸长率要比降解法的大，引起这个现象的主要原因是因为树脂在降解过程中，大分子优先被降解，分子量分布变窄，产品树脂在受热拉伸过程中，导致分子的相对滑移位移减小，导致降解生产的产品的断裂伸长率比氢调法的小。

3、生产控制

用氢调法生产Z30S是在国产二代环管工艺中，用氢气作为分子量调节剂直接生产高MFR的Z30S。由于Z30S的MFR很高，因此需要在反应器中加入大量的氢气。由于氢气加入量不断提高，使反应不断加剧，反应器控制难度加大，因此在牌号切换过程中，需要控制好反应温度，同时慢慢加入氢气，导致牌号切换的时间很长，一般要6～8个小时，产生大量的过渡产品。另一方面，由于大量氢气的加入，很容易使环管反应器出现气相，影响轴流泵的运行。也由于大量氢气的加入，使反应变得剧烈，反应中产生大量的细粉，给下游分离干燥系统带来很大困难。

用降解法生产 Z30S，是以 T30S（MFR为3.0g/10min）为基料，往挤压造粒机中加入有机过氧化物进行降解。在这个过程中，切换时间很短，切换过程也比较容易控制。但是残留在树脂内部的降解后的挥发物不能及时进行脱除，产品送到成品料仓后，有机挥发物会慢慢挥发出来，在料仓中聚集，给成品料仓带来了比较大的安全隐患，因此使用降解法生产Z30S时，需要在成品料仓增加可燃气监测仪，并且进行实时监控。

4、加工应用

对使用两种不同生产方法生产的下有厂家进行了走访，厂家反馈，使用降解法生产的Z30S比氢调法生产的纺丝质量更高，断丝率更低。分析引起这个现象的原因主要是因为用降解法生产的Z30S，由于降解剂的使用，使产品的分子量和分子量分布都发生了变化，分子量分布变窄，使得结晶度降低，从而可显著改善初生纤维的均匀性，使纺丝、牵伸过程易于进行，成品质量得以提高［2］。在降解过程中由于大分子优先被降解，使得聚合物流体中的“系带分子”减少，分子内部缠结点减少，分子内应力减小，聚合物流体的非牛顿性减小，分子的取向效应降低，离模膨胀效应降低，因此更不容易断丝，纺丝效率更高。

5、结论

（1）用氢调法生产的Z30S的拉伸屈服强度、拉伸模量和断裂伸长率都高于降解法生产的

Z30S。

（2）用氢调法生产Z30S，生产过程不容易控制，牌号切换时间长，过渡料多，生产困难。用降解法生产Z30S，生过程简便，但是成品料仓可燃气含量会增大，需要加强监控。

（3）用降解法生产的Z30S比氢调法生产的纺丝质量更高，断丝率更低。

（4）高流动性均聚聚丙烯纤维更适合使用降解法生产。

［1］ 董擎之， 李文刚. 化学降解对 IPP 流变性能的影响［J］. 华东理工大学学报，1999， 25（6）： 591～594.

［2］ 董擎之， 唐闻群， 郭群. 化学降解对聚丙烯纺丝及织构性能的影响［J］. 华东理工大学学报， 1999， 25（4）：390～393.

蒋文军，1982-，硕士，工程师，茂名石化分公司车间主任，从事聚丙烯生产经营管理，联系方式jiangwenj.mmsh@sinopec.com