聚丙烯熔融指數(shù)影響因素的研究及分析

摘 要：熔融指數(shù)是一種代表塑膠材料加工時的流動性數(shù)值，其以美國杜邦公司鑒定塑料特性的方法為依據(jù)而制定的，別稱為熔體流動速率。聚丙烯是通過丙烯聚合而得到的熱塑性樹脂，主要分為等規(guī)聚丙烯、無規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯三類。嚴(yán)格控制聚丙烯的熔融指數(shù)，使熔融指數(shù)在相應(yīng)的允許值范圍內(nèi)，有利于聚丙烯產(chǎn)品的良好加工性能和質(zhì)量得到保障。文章將簡要分析熔融指數(shù)的相關(guān)內(nèi)容以及聚丙烯基本含義以及其優(yōu)、缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，分別對影響聚丙烯熔融指數(shù)的大小和穩(wěn)定性的因素進(jìn)行簡要討論。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的結(jié)論，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：聚丙烯熔融指數(shù)；氫氣；原料；催化劑

1 熔融指數(shù)基本概述

熔融指數(shù)，即MI，又被稱之為熔體流動速率，指聚合物熔體在一定的溫度及負(fù)荷之下，熔體在十分鐘內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)口模的重量。其溫度一般是230攝氏度，負(fù)荷為2160克，標(biāo)準(zhǔn)口模為2.095毫米。熔融指數(shù)越大，聚合物熔體的流動性就會越好，平均的分子量就會越低。

測試的主要操作過程如下：首先將待測的高分子原料，即塑料，放置小槽內(nèi)，槽末連接直徑為2.095毫米、長為8毫米的細(xì)管。然后待加熱至230度后，向下擠壓，計算原料在十分鐘內(nèi)所擠出的重量，即為塑料的流動指數(shù)。

2 聚丙烯基本概述

聚丙烯，即PP，是較典型的熱塑性聚合物，以甲基排列位置為依據(jù)，可將其分為三種：等規(guī)聚丙烯、無規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯。其性質(zhì)主要包含物理性能、力學(xué)性能、熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性、電性能以及耐候性。聚丙烯的主要特點(diǎn)包括以下幾方面：

優(yōu)點(diǎn)：（1）相對密度較小，僅在0.89至0.91之間，屬于最輕的塑料品種之一。（2）力學(xué)性能較好，耐沖擊性強(qiáng)，具有良好的成型加工性能。（3）使用溫度可高達(dá)110攝氏度至120攝氏度，具有較好的耐熱性。（4）具有較好的電絕緣性，同時不易與化學(xué)藥品發(fā)生反應(yīng)，且不吸水。（5）較好的透明度，質(zhì)地純凈，且無毒、無害。

缺點(diǎn)：（1）耐寒性較差，易受光、熱、氧的作用影響。（2）不易上色，且著火點(diǎn)低。（3）韌性較差。

3 聚丙烯熔融指數(shù)影響因素研究

3.1 聚丙烯熔融指數(shù)大小的影響因素

3.1.1 探究氫氣對聚丙烯熔融指數(shù)的影響

在Ziegler-Natta的作用下，丙烯產(chǎn)生聚合現(xiàn)象，導(dǎo)致聚丙烯的活性中心出現(xiàn)鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移。理想的鏈終止實(shí)現(xiàn)鏈轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，催化劑活性未受到破壞，并且原催化體系的聚合特點(diǎn)未發(fā)生變化。常見的鏈終止存在兩種情況：一是鏈終止在鏈終止劑的作用下發(fā)生。其中水、硫、砷等能引起催化劑失活的相關(guān)物質(zhì)，均會導(dǎo)致鏈終止發(fā)生。二是β-H的轉(zhuǎn)移，在發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移的過程中，活性中心以烷基鋁、烯烴方向發(fā)生單體轉(zhuǎn)移，并且在這一過程中需注意加入適當(dāng)?shù)臍錃庾鳛殒溵D(zhuǎn)移劑，達(dá)到控制分子量的目的。

3.1.2 聚丙烯熔融指數(shù)受加氫方式的影響

加氫方式主要包含平行加氫和分布加氫兩種。

平行加氫：氫氣能夠均勻分散于聚合釜中，且擴(kuò)散效果較好，使反應(yīng)釜中的分子量十分接近，分布率較窄。同時平行加氫法難以準(zhǔn)確把握加氫量。

分布加氫：易操作，過程簡單，僅需經(jīng)適量的氫氣加入反應(yīng)釜中即可。但通過漿液夾帶的方式進(jìn)行后兩個反應(yīng)釜的加氫氣，易影響加氫量以及氫的擴(kuò)散效果。

實(shí)踐結(jié)果分析得知，平行加氫與分布加氫在熔融指數(shù)的產(chǎn)品方面并沒有差異，主要區(qū)別在于分子量的分布寬窄問題。

3.1.3 聚丙烯熔融指數(shù)受氫擴(kuò)散程度的影響

在本過程中，利用攪拌和氣體的循環(huán)實(shí)現(xiàn)氫的擴(kuò)散和加氫反應(yīng)。攪拌速度較快，氫的擴(kuò)散效果越好。然而，在實(shí)際的情況下，一般在工藝允許范圍內(nèi)，通過氣體的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)氫分散程度的提高。在進(jìn)釜時，循環(huán)氣體通過鼓泡的形式，不斷從釜底向上運(yùn)動，從而增加氫氣與液相丙烯的接觸面，增加擴(kuò)散的均勻性，促進(jìn)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，增加撤熱效果，有益于高熔融指數(shù)的聚丙烯產(chǎn)品的生產(chǎn)，減少熔融指數(shù)的波動頻率，達(dá)到提高熔融指數(shù)的目的。

3.2 探究原料對聚丙烯熔融指數(shù)的影響

在這一過程中，本裝置以丙烯為聚合單體，將氫氣視為鏈轉(zhuǎn)移劑，加入適量的Ziegler-Natta作為催化劑，幫助聚合反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。原料丙烯的基本成分包括：丙烯純度、氧、一氧化碳、砷、總硫、烷烴、水、二氧化碳等，其中一氧化碳、硫、砷、氧、水、不飽和的烯烴以及氫氣中的水和氧，均有可能致使催化劑活性中心受到侵害而失活。特別是高效催化劑包含的TiCl4，雖然占有率較低，但對反應(yīng)介質(zhì)中的微量雜質(zhì)存在嚴(yán)重影響，易導(dǎo)致其中毒。如果催化劑因嚴(yán)重中毒導(dǎo)致失活，將致使聚合產(chǎn)物難以達(dá)到規(guī)定的熔融指數(shù)。另外，丙烯中存在一定的惰性氣體，雖說其對不會影響催化劑的活性，但如果含量超出一定的范圍，將占據(jù)大量的反應(yīng)空間，降低釜中的氫分壓，導(dǎo)致熔融指數(shù)難以控制。

由此可見，純化氫氣與精制丙烯，有助于熔融指數(shù)保持穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 探究催化劑對聚丙烯熔融指數(shù)的影響

從表1分析，在相同的加氫量情況下，不同的催化劑，致使產(chǎn)品存在不同的熔融指數(shù)，嚴(yán)格來說，由于催化劑配制的方式以及催化劑內(nèi)組分的不同使得氫調(diào)敏感性存在差異。因此在生產(chǎn)過程中如果需要更換催化劑，必須進(jìn)行加氫量的調(diào)整，使其熔融指數(shù)保持在穩(wěn)定值范圍內(nèi)。

生產(chǎn)產(chǎn)品熔融指數(shù)較低時，第一反應(yīng)的釜產(chǎn)品熔融指數(shù)與加氫量之間的差距并不大，然而，生產(chǎn)產(chǎn)品熔融指數(shù)較高時，第一反應(yīng)的釜產(chǎn)品熔融指數(shù)與加氫量存在較大差異。因此在生產(chǎn)產(chǎn)品時，應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的具體情況選用不同的加氫量，合理采用催化劑。

4 結(jié)束語

文章在簡單介紹熔融指數(shù)與聚丙烯的基礎(chǔ)上，進(jìn)行聚丙烯熔融指數(shù)影響因素的探究，借助相關(guān)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)結(jié)論。有前面的實(shí)驗(yàn)研究可得知：聚合反應(yīng)過程中，氫氣量的大小與催化劑的種類，對聚丙烯熔融指數(shù)的影響最大。同時加氫量的增加會引起聚丙烯熔融指數(shù)的增大，抗氧劑質(zhì)量與抗氧劑、粉料的有效混合也會影響聚丙烯熔融指數(shù)的變化，原料以及催化劑均會引起熔融指數(shù)的變化等相關(guān)結(jié)論。

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