摘要：本文介绍聚丙烯抗冲共聚物的生产工艺和产品的结构性能，针对低温冲击强度对聚丙烯抗冲共聚物的重要性做了阐述，同时结合抗冲聚丙烯EPS30R从工艺控制的角度出发，着重从生产过程中的乙烯用量、氢气用量、催化剂选型和停留时间几个方面进行了认真的分析，得出了提高产品低温冲击强度的有效途径。
关键词：聚丙烯抗冲共聚物；乙丙橡胶；停留时间；冲击强度；乙烯；氢气
1概述
1.1聚丙烯抗冲共聚物介绍
聚丙烯抗冲共聚物一般是由多个反应器串联制备的聚丙烯多相共聚物的混合物。通常在第一个反应器中进行丙烯均聚，得到等规聚丙烯均聚物，然后将其转入下一个反应器，同时通过乙烯、丙烯单体进行共聚，在聚丙烯均聚物的颗粒孔隙中生成以乙丙无规共聚物为主的一系列乙丙共聚物。抗冲共聚物具体组成取决于聚合物配方、聚合工艺条件、催化剂等因素。一般商品化的抗冲共聚物的总乙烯质量分数在6%～15%,乙丙无规共聚物的量控制在5%～25%，无规共聚物中乙烯含量控制在40%～65%，其在常温下为橡胶态，因此这部分实际为乙丙橡胶，有较低的玻璃化转变温度（Tg一般为-40～-50℃）。由于无规共聚物中较高的乙烯含量，导致其与聚丙烯均聚物不相容，形成一定程度的相分离。无定形橡胶相均匀的分散在等规聚丙烯的机体中，形成所谓的"海岛"结构，其中橡胶相作为增韧单元，赋予聚丙烯良好的冲击韧性，特别是低温冲击性。
1.2低温冲击强度对聚丙烯抗冲共聚物的重要性
低温抗冲击强度是聚丙烯抗冲共聚物的重要质量指标，通常采用悬臂梁形式测定受试材料的冲击强度。试验时将规定尺寸的试样一端夹在试样夹具上，然后释放一个摆锤对试样施加冲击负荷使试样破断。记录其吸收的能量而算得结果。低温抗冲击强度反映了聚丙烯产品的韧性尤其是低温韧性。所谓韧性是高聚物一项重要的力学指标，反映了高分子材料断裂时所吸收的能量（KJ/m2）。聚丙烯抗冲共聚物通过反应生成的橡胶相（乙丙橡胶）改善了聚丙烯的韧性，从而提高了聚丙烯产品的应用范围，聚丙烯抗冲共聚物可广泛用于管材、片材以及注塑产品的生产，同时也是一种比较理想的高档聚丙烯专用料的基础料。
2. 优化工艺参数，提高聚丙烯抗冲共聚物低温冲击强度
中石化天津分公司6万吨/年聚丙烯装置采用Spheripol工艺，反应系统由液相环管反应器和气相流化床反应器组成。该装置具备生产聚丙烯抗冲共聚物的能力，目前主要以EPS30R牌号为主。为了满足产品质量，保证低温冲击强度达到优级品的标准，必须从优化工艺条件入手，综合调整各控制参数。正常生产当中影响低温抗冲击强度的因素很多，主要包括气相反应器氢气加入量，乙烯加入量，催化剂型号（结构特点），催化剂在环管反应器中的停留时间等。以下主要以生产EPS30R的数据为基础，对上述各种因素与低温冲击强度的关系进行量化分析，得出提高低温冲击强度的对策。
2.1催化剂类型（结构特点）对低温冲击强度影响
抗冲共聚物中橡胶相组分均匀的分散于聚丙烯链段之间，这是其能够具有抗冲性能的主要原因。为得到所需性能的聚丙烯，在共聚阶段要合成出适当量的橡胶组分。这要求催化剂在经过均聚阶段后仍保持一定的活性，以便橡胶相均匀分散于均聚物的微晶中。这个过程可以被看作是橡胶相在均聚物微球环境中生长的过程。聚丙烯微球内的孔隙被生长的橡胶占据，在填充完这些孔隙后，橡胶相才向均聚物微球表面扩展。因此均聚物内必须有足够多的孔隙，使橡胶微球分散其中。因此，选择多孔隙的高效MgCl2负载催化剂，生成的共聚物微球的孔隙率也大，这使得橡胶相能够更好地分散于共聚物中，从而提高产品的冲击强度,特别是低温冲击强度大大提高。
从上图中可以看出抗冲共聚物橡胶含量与共聚物的孔隙度的关系，随着孔隙度的增加，橡胶含量增加，能大大提高产品的低温冲击强度。所有在实际生产中，应选择多孔隙的高效MgCl2负载催化剂作为抗冲共聚物生产催化剂。
2.2 乙烯加入量对低温冲击强度的影响
乙烯含量的多少，直接影响产品的冲击性能,尤其是低温冲击强度，乙烯和丙烯在气相反应器中的组分决定乙烯以何种状态存在于产品中。气相共聚物中起冲击性能的主要为乙丙无定形共聚物(乙丙橡胶)，乙丙橡胶的多少，取决于乙烯加入量以及乙烯在气相反应器中的比例。乙烯总量根据产品牌号确定，适当调节气相反应温度及料位以保证共聚量和乙烯含量，气相反应器中的乙烯/ (乙烯+丙烯)应根据产品的冲击强度调节。
气相反应器气相组分是一个非常重要的控制指标，通过在线色谱分析检测，并以气相反应器中的乙烯/(乙烯+丙烯)的比值在DCS上显示。对EPS30R，应严格控制乙烯／(乙烯+丙烯)的比值在正常范围之内。此值高则生成橡胶相中的结晶物多，可以起到刚韧平衡；此值低则生成橡胶相中的非结晶物较多，可以改善冲击强度，但弯曲模量相应就降低；若过低则物料发粘，给气相反应器操作带来困难。故此值控制非常重要，不但决定着气相反应物的产品结构，而且还影响着气相反应器操作的安全性。
通常情况下，在严格控制乙烯/(乙烯+丙烯)的比值的前提下，适当提高乙烯加入量，可以有效的提高产品的低温冲击强度。
2.3 产品的熔融指数（MFR）对低温冲击强度的影响
影响产品流动性能（MFR）的主要因素有环管反应器中的氢气浓度和在气相反应器中的氢气／乙烯。由于均聚物所占比例大，故对最终产品MFR起主导作用。但在气相反应器中的氢气／乙烯也必须根据产品的性能指标加以控制，以保持橡胶相的特性粘度与均聚物特性粘度的比例，可在基本不牺牲产品弯曲模量的基础上，以提高产品的冲击性能。根据马克-霍温公式可以得出高聚物的特性粘度与分子量之间存在的依赖关系，这种关系可表示为：[η]=KMα。[η]是比浓粘度在浓度趋近于零时的外推值，称为特性粘数，关系式中的K和α的数值根据所测溶剂的种类及测试温度，通过数据手册查出。根据这个关系式，可以看出高聚物分子量变大，其相应的特性粘度提高。通过降低气相反应器中氢气的加入量（图2-4），即降低氢气／乙烯的比值，提高生成的乙丙橡胶的分子量，提高了产品的特性粘度，使最终产品的低温冲击强度得到提高。
2.4 催化剂在环管反应器的停留时间对低温冲击强度的影响
改变催化剂在环管反应器的停留时间可以改变进入气相共聚反应器的催化剂的活性程度，而环管反应器的密度是改变停留时间的重要方法。
2.4.1停留时间与密度之际的关系
聚合进料分别为F1 ，F2
反应器的容积为V(固定值)
环管反应器的密度控制分别取ｐ1，ｐ2（ｐ1＞ｐ2）
停留时间分别为T1 T2
T1=ｐ1V/F1
T2=ｐ2V/F2
T1F1/ｐ1= T2F2/ｐ2
由于聚合进料量在正常情况下是稳定不变的，因此，F1=F2
进一步整理得到
T1/T2=ｐ1/ｐ2（1）
根据上式（1）可以得出反应器的密度与催化剂停留时间成正比关系。
2.4.2 降低催化剂环管反应器的停留时间，提高产品的低温冲击强度。
根据催化剂的活性历程的规律（首先，应该保证选用的催化剂为良好的多孔型球型催化剂），根据公式（1）描述，我们可以适当降低反应器的密度，从而降低催化剂在环管反应器的停留时间，使进入气相反应器的催化剂能保持更高的活性，很好的进行乙烯和丙烯共聚，生成更多的橡胶相，以提高产品的低温冲击强度。
3结论
通过对影响抗冲聚丙烯产品（EPS30R）低温冲击强度的因素研究和分析，得出了通过适当提高气相反应器乙烯加入量，并控制乙烯／(乙烯+丙烯)比值；降低氢气加入量，并控制氢气／乙烯的比值，选择多孔型的高效球型催化剂，以及适当降低催化剂在环管反应器的停留时间，可以不同程度提高产品低温冲击强度，改善低温韧性，增强产品的市场竞争力和占有率。
