干货 | 影响聚丙烯熔融指数因素的研究及分析

熔融指数是一种代表塑胶材料加工时的流动性数值，其以美国杜邦公司鉴定塑料特性的方法为依据而制定的，别称为熔体流动速率。聚丙烯是通过丙烯聚合而得到的热塑性树脂，主要分为等规聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯三类。严格控制聚丙烯的熔融指数，使熔融指数在相应的允许值范围内，有利于聚丙烯产品的良好加工性能和质量得到保障。文章将简要分析熔融指数的相关内容以及聚丙烯基本含义以及其优、缺点，在此基础上，分别对影响聚丙烯熔融指数的大小和稳定性的因素进行简要讨论。最后根据实验结果，分析相关数据，得出相应的结论，以供相关人士参考。

关键词：聚丙烯熔融指数；氢气；原料；催化剂

1 熔融指数基本概述

熔融指数，即MI，又被称之为熔体流动速率，指聚合物熔体在一定的温度及负荷之下，熔体在十分钟内通过标准口模的重量。其温度一般是230摄氏度，负荷为2160克，标准口模为2.095毫米。熔融指数越大，聚合物熔体的流动性就会越好，平均的分子量就会越低。

测试的主要操作过程如下：首先将待测的高分子原料，即塑料，放置小槽内，槽末连接直径为2.095毫米、长为8毫米的细管。然后待加热至230度后，向下挤压，计算原料在十分钟内所挤出的重量，即为塑料的流动指数。

2 聚丙烯基本概述

聚丙烯，即PP，是较典型的热塑性聚合物，以甲基排列位置为依据，可将其分为三种：等规聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯。其性质主要包含物理性能、力学性能、热性能、化学稳定性、电性能以及耐候性。聚丙烯的主要特点包括以下几方面：

优点：（1）相对密度较小，仅在0.89至0.91之间，属于最轻的塑料品种之一。（2）力学性能较好，耐冲击性强，具有良好的成型加工性能。（3）使用温度可高达110摄氏度至120摄氏度，具有较好的耐热性。（4）具有较好的电绝缘性，同时不易与化学药品发生反应，且不吸水。（5）较好的透明度，质地纯净，且无毒、无害。

缺点：（1）耐寒性较差，易受光、热、氧的作用影响。（2）不易上色，且着火点低。（3）韧性较差。

3 聚丙烯熔融指数影响因素研究

3.1 聚丙烯熔融指数大小的影响因素

3.1.1 探究氢气对聚丙烯熔融指数的影响

在Ziegler-Natta的作用下，丙烯产生聚合现象，导致聚丙烯的活性中心出现链终止和链转移。理想的链终止实现链转移的基础上，催化剂活性未受到破坏，并且原催化体系的聚合特点未发生变化。常见的链终止存在两种情况：一是链终止在链终止剂的作用下发生。其中水、硫、砷等能引起催化剂失活的相关物质，均会导致链终止发生。二是β-H的转移，在发生链转移的过程中，活性中心以烷基铝、烯烃方向发生单体转移，并且在这一过程中需注意加入适当的氢气作为链转移剂，达到控制分子量的目的。

3.1.2 聚丙烯熔融指数受加氢方式的影响

加氢方式主要包含平行加氢和分布加氢两种。

平行加氢：氢气能够均匀分散于聚合釜中，且扩散效果较好，使反应釜中的分子量十分接近，分布率较窄。同时平行加氢法难以准确把握加氢量。

分布加氢：易操作，过程简单，仅需经适量的氢气加入反应釜中即可。但通过浆液夹带的方式进行后两个反应釜的加氢气，易影响加氢量以及氢的扩散效果。

实践结果分析得知，平行加氢与分布加氢在熔融指数的产品方面并没有差异，主要区别在于分子量的分布宽窄问题。

3.1.3 聚丙烯熔融指数受氢扩散程度的影响

在本过程中，利用搅拌和气体的循环实现氢的扩散和加氢反应。搅拌速度较快，氢的扩散效果越好。然而，在实际的情况下，一般在工艺允许范围内，通过气体的循环，实现氢分散程度的提高。在进釜时，循环气体通过鼓泡的形式，不断从釜底向上运动，从而增加氢气与液相丙烯的接触面，增加扩散的均匀性，促进链转移反应，增加撤热效果，有益于高熔融指数的聚丙烯产品的生产，减少熔融指数的波动频率，达到提高熔融指数的目的。

3.2 探究原料对聚丙烯熔融指数的影响

在这一过程中，本装置以丙烯为聚合单体，将氢气视为链转移剂，加入适量的Ziegler-Natta作为催化剂，帮助聚合反应的实现。原料丙烯的基本成分包括：丙烯纯度、氧、一氧化碳、砷、总硫、烷烃、水、二氧化碳等，其中一氧化碳、硫、砷、氧、水、不饱和的烯烃以及氢气中的水和氧，均有可能致使催化剂活性中心受到侵害而失活。特别是高效催化剂包含的TiCl4，虽然占有率较低，但对反应介质中的微量杂质存在严重影响，易导致其中毒。如果催化剂因严重中毒导致失活，将致使聚合产物难以达到规定的熔融指数。另外，丙烯中存在一定的惰性气体，虽说其对不会影响催化剂的活性，但如果含量超出一定的范围，将占据大量的反应空间，降低釜中的氢分压，导致熔融指数难以控制。

由此可见，纯化氢气与精制丙烯，有助于熔融指数保持稳定状态。

3.3 探究催化剂对聚丙烯熔融指数的影响

从表1分析，在相同的加氢量情况下，不同的催化剂，致使产品存在不同的熔融指数，严格来说，由于催化剂配制的方式以及催化剂内组分的不同使得氢调敏感性存在差异。因此在生产过程中如果需要更换催化剂，必须进行加氢量的调整，使其熔融指数保持在稳定值范围内。

生产产品熔融指数较低时，第一反应的釜产品熔融指数与加氢量之间的差距并不大，然而，生产产品熔融指数较高时，第一反应的釜产品熔融指数与加氢量存在较大差异。因此在生产产品时，应依据产品的具体情况选用不同的加氢量，合理采用催化剂。

4 结束语

文章在简单介绍熔融指数与聚丙烯的基础上，进行聚丙烯熔融指数影响因素的探究，借助相关实验，进行数据分析，得出相关结论。有前面的实验研究可得知：聚合反应过程中，氢气量的大小与催化剂的种类，对聚丙烯熔融指数的影响最大。同时加氢量的增加会引起聚丙烯熔融指数的增大，抗氧剂质量与抗氧剂、粉料的有效混合也会影响聚丙烯熔融指数的变化，原料以及催化剂均会引起熔融指数的变化等相关结论。

参考文献

[1]左婧文.聚丙烯熔融指数影响因素的探讨[J].兰州石化职业技术学院学报，2013，4：24-27.

[2]佘贤万.影响聚丙烯产品熔融指数的因素探讨[A].石油机械编辑部.

[3]车荣杰.聚丙烯熔融指数软测量方法研究[D]. 中国石油大学，2009 .

素材来源 | 公开信息

本期编辑 | 丰云瑶

技术顾问 | 于捷博士

文章审核 | 张娜

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