高压低密度聚乙烯(high pressure-low density polyethylene,HP-LDPE,简写为LDPE)实现工业化已有70多年的历史,尽管随着烯烃聚合催化剂的发现与发展,聚乙烯的品种和产量有了巨大的进展,但高压聚乙烯仍占有重要的地位。乙烯在高温高压下以自由基机理聚合成高分子量聚乙烯,具有以下特点:
(1)乙烯聚合反应过程是一个强烈的放热过程。乙烯的聚合热约为93.5kJ/mol(或3.3kJ/g),在235MPa、150~300℃下乙烯的比热容为2.51~2.85J/(g·℃),反应热如果不能及时移去,每1%乙烯发生聚合将使温度升高12~13℃。如果温度过高,还会导致乙烯分解。
(2)在高压下,乙烯已被压缩到密度为0.5g/mL的气密相状态,近似于不能再压缩的液体,此时乙烯分子间的距离显著缩短,从而增加了游离基与乙烯分子的碰撞概率,所以*发生聚合反应。
(3)高温下增长链的自由基活性大,*发生链转移反应,所得到的聚合物为带有较多支链的线型结构。通常每1000个碳链原子中含有20~30个支链,结晶度为45%~65%,密度在0.910~0.925g/mL,质轻、具柔性,耐低温性、耐冲击性较好。
LDPE和LLDPE都具有很好的流变性或熔融流动性。LLDPE有更小的剪切敏感性,因为它具有窄分子量分布和短支链。在剪切过程中(例如挤塑),LLDPE保持了更大的粘度,因而比相同熔融指数的LDPE难于加工。在挤塑中,LLDPE更低的剪切敏感性使聚合物分子链的应力松弛更快,并且由此物理性质对吹胀比改变的敏感性减小。
生产特点:(1)围绕聚合装置的一系列设备,如压缩机、反应器、分离器、管道、泵等设备,都要求能在100MPa以上的**高压下使用,即使是分离工序和回收工序的设备,有的也要求在100-350MPa下操作,因此不论从设备上还是从操作上来看,整个工艺过程都存在着很多难点。
(2)乙烯聚合热比其他单体聚合热高很多。在聚合反应中,一瞬间聚合率就达到10%-20%,甚至30%-40%,因此,在工艺上如何去除聚合热成为工艺流程中的重要课题,也是提高单程转化率、降低能耗的关键之一。
(3)反应体系内的聚合产物黏度很大,釜式法工艺中的釜式反应器和管式法工艺中的管式反应器内壁*积附聚合物。
(4)如何输送熔融状态的聚合物也有一定的困难。反应压力和温度都影响产物的黏度,这就需要十分注意控制好温度和压力。
(5)从高压分离器出来的循环乙烯中所含低分子量聚乙烯蜡状物如何很好地除去也是个问题围绕解决这些问题,各公司开发了多种生产工艺。按反应器类型可分为管式法流程和釜式法流程两大类。管式反应器的主要特点是物流在管内呈柱塞状流动,没有返混现象;反应温度沿反应管的长度而有变化,因此反应温度有高峰,所以所得聚乙烯的分子量分布较宽。而釜式反应器,物料可以充分混合,所以反应温度均匀,还可以分区操作,以使各反应区具有不同的温度,从而获得分子量分布较窄的聚乙烯。
根据挤塑机的寿命,要求改进的可能是加宽模口隙距,改良风环,修改螺杆设计以更好挤出,必要时应增加电机功率和转矩。对于注塑应用,一般不需改进设备,但加工条件需达佳化。滚塑加工要求LLDPE研磨成均匀颗粒(35筛孔)。加工过程包括用粉末状LLDPE填满模具,加热并双轴向地旋转模具使LLDPE均匀分布。冷却后产品从模具中移出。
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