瓶盖专用HDPE FHP5050的开发及性能评价

谭 克，曹 放，吉豪杰，陈人才，付玉祥，刘文超

（中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司，辽宁 抚顺 113004）

目前，国内对瓶盖专用高密度聚乙烯（HDPE）的年需求量为500 kt左右，且以年均12.0%～15.0%的速率增长。其中，瓶装水瓶盖增速最快。市场显示，全球塑料瓶盖需求将以年均4.1%的速率增长。2021年，全球塑料瓶盖需求量将达到1.9万亿个，若以标准瓶盖单重2 g计算，全球瓶盖专用树脂的年需求量将达到3 800 kt。

目前，国内瓶盖专用HDPE主要以进口为主。主流牌号有三星综合化学公司的C912A，C910C，C430A；阿布扎比石油公司和北欧化工联合成立的博禄公司（Borouge）的MB6561，MB7581；沙特基础工业公司的CC254；利安得巴塞尔工业公司的5331H等。由于装置的局限性，一些国内装置纷纷退出瓶盖专用HDPE开发领域［1］。中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司（简称抚顺石化公司）采用低压淤浆法工艺开发了瓶盖专用HDPE FHP5050，成为目前国内产量大、质量优的瓶盖专用HDPE供应商，车间已经成功排产10万余吨。截至目前，抚顺石化公司瓶盖专用HDPE已通过法国达能集团、农夫山泉股份有限公司、杭州娃哈哈有限公司、康师傅有限公司等厂家测试，成为国内首家食品级瓶盖专用HDPE供货商。FHP5050的开发改善了公司聚烯烃产品结构，丰富了产品多样性，增强了企业竞争力［1-4］。本工作通过对FHP5050进行性能评价，分析与国外产品性能上的优劣。

1 产品研发生产

抚顺石化公司350 kt/a HDPE装置，采用Basell公司的Hostalen低压淤浆法生产工艺。在分散剂正己烷的环境中，乙烯、1-丁烯、氢气在催化剂的作用下聚合，制备相对分子质量分布呈单峰或双峰的HDPE。该工艺的乙烯转化率高达99.5%。1-丁烯和正己烷回收后循环使用，使共聚单体和分散剂正己烷的损失量很小。

抚顺石化公司HDPE装置利用反应器并联方法对瓶盖专用HDPE FHP5050进行了试生产，通过前期研究、装置工艺特点、聚合反应器内熔体流动速率（MFR）和V（H2）∶V（C2H2）的关系，以及MFR与催化剂浓度的关系，根据MFR、密度、共聚单体的关系以及相对分子质量分布的要求［5］，成功试生产该牌号产品，并总结出生产操作条件。

HDPE装置工艺特点在生产瓶盖专用HDPE的气味控制方面尤为显著，采用独特的三级分离脱除挥发分的工艺技术，对产品进行离心机初步分离、流化床二级干燥、脱气仓深度处理，极大降低了产品的挥发分含量。其中，最重要的设备是两段内热式流化床干燥器，将含湿量由35%（φ）降至1%（φ），具有能耗低、操作稳定方便等特点，投入运行以来总体运行稳定，高效地降低了树脂中的挥发分含量，保证了聚乙烯粉料中烃类物质的低残留［6］。

2 产品性能评价

进口瓶盖专用HDPE作为对标料。通过对产品的MFR、密度、力学性能、气味检测等进行测试，完成基本物性及结构测试分析，找出FHP5050与进口HDPE异同，进一步优化配方，完善瓶盖专用HDPE FHP5050技术指标。

2.1 实验仪器

主要实验仪器见表1。

表1 实验仪器Tab.1 Experimental instruments

2.2 基本物性指标

从表2可以看出：FHP5050均在技术指标范围内，与进口HDPE相比，各项物性指标比较相近。

表2 试样的物性测试结果Tab.2 Physical properties of FHP5050

2.3 相对分子质量分布

从表3和图1可以看出：FHP5050与进口HDPE的相对分子质量分布基本一致，高相对分子质量部分较为接近。

表3 相对分子质量分布对比数据Tab.3 Comparison data of molecular mass distribution

图1 FHP5050与进口HDPE的相对分子质量分布Fig.1 Relative molecular mass distribuction of FHP5050 and imported HDPE

2.4 流变性能测试

从图2可以看出：FHP5050曲线低频末端区上扬趋势略低于进口HDPE，但趋势基本一致，表明FHP5050的高相对分子质量与进口HDPE接近。

图2 复数黏度与频率的关系曲线Fig.2 Frequency as a function of complex viscosity

从图3可以看出：FHP5050的储能模量与进口HDPE相当，说明二者熔体弹性性能比较接近。

图3 储能模量与频率的关系曲线Fig.3 Frequency as a function of storage modulus

2.5 结晶性能

从图4可以看出：FHP5050的熔融温度为137.02 ℃，略低于进口HDPE的138.44 ℃，但差别不明显。在相同工艺条件下，FHP5050的结晶速率与进口HDPE基本一致。

图4 试样的差示扫描量热法曲线Fig.4 DSC curves of samples

2.6 气味检测

目前，在瓶盖专用HDPE气味评价测试方面，并没有国标方法。通过前期文献查询、市场调研、收集国内外市场同类产品并进行分析测试，明确关键技术指标，最终建立了气味评价方法。其中，测试评价标准分为无异味、稍有气味、有味道（但不刺激）、有刺激性气味、强烈的刺激性气味、无法忍受的刺激性气味6个等级。FHP5050在气味测试方面与进口HDPE一致，均无任何异味，可以满足客户对于产品感官的加工需求。

2.7 卫生性能检测

从表4看出：FHP5050卫生性能符合国家标准。

表4 卫生性能测试结果Tab.4 Test results of hygienic performance

3 结论

a）HDPE装置采用反应器并联方式，通过不断优化工艺条件成功量产出瓶盖专用HDPE FHP5050。

b）通过与进口HDPE对比，FHP5050的力学性能完全在指标范围内，相对分子质量及其分布与进口HDPE基本一致，熔体弹性性能比较接近。

c）FHP5050的结晶性能与进口HDPE基本一致，卫生性能达到国家标准。