化学降解法生产高熔融指数聚丙烯的质量控制经验

白晓琪

(中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719100)

无纺布即非织造布，它是一种不需要纺纱织布而形成的织物，其种类繁多，不同的纤维原料、生产工艺可制成多样的产品种类。根据成分有涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶等，其中丙纶无纺布分为纺黏法、熔喷法以及纺黏和熔喷复合非织造布三大类[1]。近几年来，无纺布取得迅猛发展，己经变成一个新兴的工业产业分支。纺黏法聚丙烯无纺布具有强度高、熔点低、密度小、化学稳定性能好等优点，广泛应用于手术衣、口罩、尿布、购物袋、土工布及建筑防水材料等。

1 纺黏无纺布专用聚丙烯树脂的生产方法

纺黏无纺布专用聚丙烯树脂主要有三种生产方法，即高效催化剂氢调法、茂金属催化剂氢调法和化学降解法生产[2]。

(1)高效催化剂氢调法。利用常规催化剂生产，溶体流动速率大于35 g/10 min的聚丙烯树脂存在一定的难度，高效催化剂可以大大增加聚丙烯聚合反应的氢气敏感性，少量的氢就可以大幅提高溶体流动速率。

(2)化学降解法，也叫热化学降解法。该方法的原理是将有机过氧化物添加到聚丙烯原料树脂，通过热化学降解，对聚丙烯溶体流动速率、相对分子质量分布等主要参数进行控制调节。要求过氧化物具有一定的热稳定性，既能在聚丙烯熔融前分子保持相对稳定，但又能在加工聚丙烯时，在较短时间内生成大量的活性自由基，从而引发聚丙烯树脂高分子链上β键碳原子断裂，降低产品相对分子质量，提高溶体流动速率，减小相对分子质量分布。该方法具有工艺技术简单、稳定性高，产品相对分子质量分布窄等优点。

(3)茂金属催化剂氢调法。在茂金属催化剂的作用下聚合生成的聚丙烯可纺性较高，相对分子质量分布只有2个单位，提高了纺丝速度，降低纤维纤度，用它做的纺黏无纺布均匀性好，阻隔性好。此外，由于茂金属聚丙烯立构规整度高，在刚性、屈服拉伸应力、耐热性、弯曲强度等性能方面表现优异可生产性能优异的纤维。

三种生产方法各有利弊，但调节熔融指数的基本原理大不相同。高效催化剂氢调法、茂金属催化剂氢调法都是在聚合反应过程中通过调整氢气加入量来控制分子链的长短来实现熔融指数控制，而化学降解法是在挤压造粒过程中通过加入降解剂来切断分子链来调节熔融指数，相对于氢调法而言，化学降解法最大的优点是转产周期短、转产灵活性高。

2 化学降解法高熔融指数聚丙烯生产难点及解决方法

针对2020年年初突发的新型冠状病毒肺炎疫情防控的严峻形势，全球口罩无纺布专用料市场供应紧俏的状况。中煤陕西榆林能源化工有限公司以L5E89(熔融指数3.3～4.3 g/10 min)为基础粉料，通过化学降解法制得了ZM2040S高熔融指数(38±5 g/10 min)产品。

2.1 模板平面度要求高

高熔融指数料对挤压机模板平面精度的要求极高，在转产高熔融指数牌号前，应提前检测模板平面度，即使是新模板也要对其检测。当模板平面度较低但无条件进行更换时，应提高刀压并尽可能推迟切牌号时间，以使切刀和模板得到更好的接触。如提高切刀刀压后，垫刀料一直产生并出现恶化的情况，则应暂时切回L5E89牌号，待垫刀料下降且稳定后再切回ZM2040S牌号，实现间断切换，避免造粒停车。

2.2 进刀、退刀压差要平稳

当进刀、退刀压差出现下降时，均会出现不同程度的垫刀料。因此在生产高熔融指数产品前，必须保证进刀、退刀压差处于稳定状态。在生产ZM2040S牌号产品前期，由于切刀压差波动较大，出现过挤压机停车现象，在调整切刀压差后，挤压机能稳定运行且拖尾粒及垫刀料数量明显下降。

2.3 挤压机筒体温度不能过高

挤压机温度控制从截留阀-开车阀-熔融泵-连接段-换网器-模板呈阶梯性下降，由于科佰隆挤压机自身局限性，热油温控系统存在一个控制点控制三段温度的问题，不具备单段温度精细调节的能力，所以其各段温度无法实现精准控制，尤其在螺杆剪切段极易出现温度过高的现象，不利于树脂成型。因此在每次生产高熔融指数牌号前，应确保冷油系统能够正常发挥冷却作用，如剪切产生热量过高引起温度上升的情况，则应临时接胶管辅以工厂风对剪切段进行降温。

2.4 熔融指数调整

采用化学降解法生产高熔融指数牌号产品，降解剂加入量调整幅度是整个生产过程的关键所在。如果将降解剂加入比例一次调整到位，则树脂熔融指数将产生较大变化，模头熔体压力也会出现较大变化，极有可能导致粘连粒、片料剧增，甚至缠刀。因此，降解剂加入比例应逐步调整，每调整一次比例，应根据停留时间及颗粒外观对挤压机系统各参数做相应调整，直至熔融指数合格。在往回切L5E89牌号时，由于熔融指数降低，熔体压力升高，加上切粒机转速及扭矩较高，在调整的过程中极易出现切粒机扭矩高报而停机的情况，因此切换操作应更加缓慢，尤其是切粒机转速调整幅度要小，建议控制在每次3 r/min。

2.5 失重称波动

在转产过程中，降解剂加入量逐步加大，初期失重称的设定流量远小于其最大下料量，降解剂的实际加入量与设定量偏差比较大。因此转产初期应尽量选择一台失重称进行加剂，当下料量无法满足必须使用两个失重称加剂时，先调整一台称达到稳定最小下料量时立刻启动另一台称，降低降解剂波动对转产带来风险。同时，由于负载压力对失重称计量影响较大，加降解剂时由于气压的冲击会导致失重称下料量出现大幅波动，因此在加剂时应保证加入的速度要足够缓慢，而且内操岗与外操岗应时刻保持沟通，严密监视，加剂量出现波动时，必须立刻停止加剂。

2.6 挤压机参数调整

挤压机相关参数的调节需与粒料产品的熔融指数上升相对应，否则在转产过程中可能产生块料、串料，容易引起挤压机停车。若出现串料现象，建议采取以下措施：

一是随粒料产品熔融指数的上升，结合粒料外形，适当提高切粒机进刀、退刀压差及切粒机的转速；

二是在转产过程中，认真检查粒料振动筛下部细小颗粒状况，如有细料增多趋势则在提高切粒机进刀、退刀压差的同时，适当提高切粒水温度。

2.7 粒料难成型

由于降解剂过氧化物在挤压机筒体中存在混炼降解不均匀的现象，导致在模板不同位置的树脂熔融指数及熔体压力是不同的，可能出现未成型的瘪状料。针对此问题，应主要通过调节节流阀的开度，延长树脂在挤压机筒体内的停留时间，同时提高挤压机筒体温度到230 ℃，保证降解剂混炼均匀。但是，提高挤压机筒体温度后，势必会造成熔体温度无法降低，在切粒过程中会产生较多拖尾粒，应结合现场实际生产情况综合平衡。

2.8 粒料产品气味控制

生产过程中如降解剂残留较多，挥发不够充分，粒料会冒泡并伴有较大气味。应采取以下措施提高脱气量：

一是增大截流阀开度，增加树脂在挤压机筒体内的停留时间；

二是提高挤压机筒体的平均温度；

三是保持挤压机筒体排气系统畅通，并提高脱气频次；

四是适当增加粒料自掺混时间。

3 结 语

中煤陕西榆林能源化工有限公司以低熔融指数聚丙烯粉料为基础原料，在挤压造粒过程中，利用化学降解法，通过加入降解剂，并通过一系列相关调整，成功产出高熔融指数牌号目标产品，且产品获得下游用户的一致好评。