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淺析高密度聚乙烯制備工藝及應用
摘要：高密度聚乙烯是三大聚烯烴材料之一，其物理、機械性能優越，常被用于塑料燃氣管、建筑用管等管材的原材 料。隨著我國催化劑技術的不斷發展，高密度聚乙烯材料的制備工藝不斷地完善，聚乙烯材料所占的市場份額也越來越 大。目前主流的制備工藝為淤漿法工藝，其反應過程容易控制，生產出來的產品性能優良。本文主要闡述了高密度聚乙烯 的主流制備工藝和其應用。
關鍵詞：高密度聚乙烯；工藝；應用
高密度聚乙烯是一種物理性能良好、非極性的熱塑性樹脂，上世紀60年代Ziegler使用催化劑在低壓下使聚乙烯聚合 制成高密度聚乙烯（HDPE），到現在為止高密度聚乙烯已經發展近60多年，現在國內外主流的制備方法有三種，分別是淤 漿法、溶液法和氣相法生產。
高密度聚乙烯分子結晶度高、支鏈少。具有較強的硬度及耐化學腐蝕性，因此常被應用于管材、電纜覆蓋層等領域。 同時聚乙烯具有無毒、不吸水的特性，常被應用于食品包裝行業中。由于其機械性能優良，也常用于汽車、化工等領域。 本文主要闡述了三大制備工藝的研究現狀及其高密度聚乙烯材料在我國的主要應用。
1.?高密度聚乙烯的主要應用
高密度聚乙烯具有多種優良的性能，因此廣泛應用于食品包裝、工業管材、汽車覆蓋件等領域。
在管材應用領域，目前最有前途的領域就是燃氣管領域，據研究表明，國外的高密度聚乙烯材料管材市場占有率已經 達到將近90%。高密度聚乙烯材料之所以能夠得到廣泛的應用，與其性能特點是密不可分的，首先就是耐腐蝕性，與傳統 的鑄鐵管相比，高密度聚乙烯管材沒有電化學腐蝕，同樣抗氧化腐蝕能力也比鑄鐵管優越，因此大大節約了燃氣系統的維 修成本。然后就是高密度聚乙烯材料管材的比重比鑄鐵件小的多，同樣尺寸的管材，塑料管的質量要小得多，更加便于運 輸和安裝工作。最后就是高密度聚乙烯材料在擁有較強硬度的同時擁有較好的韌性，能夠完成折彎、焊接等工藝，大大方 便了管道的安裝，節省了人力、財力。因此高密度聚乙烯材料在管材方面得到了廣泛的應用。
在我國高密度聚乙烯材料主要應用于注塑、中空吹塑及薄膜制品。目前來看聚乙烯材料的最大消費領域是注塑料，注 塑料的消費占據高密度聚乙烯材料消費的比例將近30%，主要產品為各種化工、建筑材料所用的包裝桶、摩托配件、包裝蓋等。
中空吹塑件相對于注塑件的使用量就相對少一點，但也能達到20%左右。中空吹塑件主要產品為中小型產品，被廣泛 的應用于汽車領域，例如汽車油箱、大型的座椅等產品。在我國上海金菲公司就是主要做汽車和摩托油箱的產品。
高分子薄膜制品是薄膜制品未來的發展方向，世界上領先的國家相繼推出了不同的高密度聚乙烯薄膜制品，利用高密 度聚乙烯材料制作的薄膜比普通的薄膜有著更加良好的機械性能，并且比普通薄膜的厚度要小，因此被廣泛的應用于包裝行業，但是從目前來看，薄膜制品仍舊依賴進口比較多，我國在高密度薄膜制品領域缺乏一定的競爭力，因此我國要大力發展薄膜制品業；另外高密度聚乙烯材料在防滲透膜方面有著巨大的應用，相比傳統防滲透膜具有著更好的防腐蝕性能， 作為滲透膜使用時埋在地下不易被破壞，使用壽命長，雖然前期投資大，但是環保效果顯著，這也是未來的一個發展方向。
2.?高密度聚乙烯制備工藝的技術發展
最早制備高密度聚乙烯的方法是使用TiCl4和AlEt3催化劑催化反應，在低壓的條件下促使聚乙烯聚合反應生成聚乙 烯。在1968年Montedision公司研發出了以MgCl2為載體的鈦系、鉻系催化劑。大大的提升了催化劑效率，提高生產效率。
1977年UCC公司通過改進催化劑，提出采用甲硅烷酸酯催化劑，使得催化效率達到了1000kg PE/Cr。我國主要是以TH 系列為主的催化劑技術，這種催化劑具有良好的流動性和活性，聚合反應發生平穩，適用于高密度聚乙烯產品的制備。高密度聚乙烯制備技術的發展離不開催化劑技術的發展，通過幾十年的發展，目前主要制備工藝為三種，即淤漿法、氣相法 和溶液法。
(1)?淤漿法制備高密度聚乙烯淤漿法是一種將乙烯和脂肪烴類溶劑混合，添加鈦系或者鉻系催化劑，并在低壓、低溫 的情況下使乙烯發生聚合反應的方法。這種方法出現的時間早，所以工藝相對來說比較成熟，得到了廣泛的應用。根據反 應器的不同反應形式可以將淤漿法分為攪拌釜式和環管反應器兩種。
攪拌釜式最早是由Hoechst公司發明的。采用雙反應器，既可以并聯使用，也可以串聯使用。將氫氣和乙烯、催化劑 等放入第一反應器，使之發生聚合反應，聚合物以淤漿的形式存在于己烷當中，所以稱為淤漿法制備工藝。這種制備工藝 流程簡單、對原料純度要求不高，可靈活采用串聯或者并聯的方式來生產單峰或者是雙峰的高密度聚乙烯。可以快速完成 產品牌號的切換，因此得到各大公司的青睞。
另一種工藝是環管反應器工藝。此工藝的典型代表是Philips公司的Philips工藝，這種工藝是采用鉻系催化劑，催化 劑在使用前要先進行活化處理，然后將原料乙烯于氫氣等混合注入反應器，在催化劑催化反映下生成聚乙烯。這種工藝的 特點是成本比較低，流程也比較少，原料易于輸送，但是對原料的純度要求比較高。
(2)?氣相聚合法氣相聚合法是利用低壓氣相流化反應器，采用鉻系催化劑，使其在85-110攝氏度的情況下發生聚合反 應。主要產品密度為0.915-0.970g/cm3。這種生產工藝主要特點是操作壓力低，成本比較低并且設備易于維修。但是對于 原料純度要求比較高，所有原料都需要精制。最大的優點就是轉化率比較高，乙烯的單程轉化率可以達到95%，總的利用 率可以達到98.5%。并且未參加反應的乙烯還可以回收到精制設備中繼續使用。
和淤漿法相比，沒有淤漿法的使用范圍廣，目前氣相法生產的高密度聚乙烯產品主要是高強度薄膜和通訊電纜，但是 在其他方面就不如淤漿法的應用范圍廣，淤漿法已經完全完成商業化生產，但是氣相聚合法仍沒有大范圍的應用到商業化 領域中。
(3)?溶液聚合法溶液聚合法是將原料乙烯溶于溶劑中在160-200℃條件下通過催化劑產生聚合反應，產生的聚乙烯溶于 溶劑當中。其主要催化劑為ZN系列的催化劑。這種生產工藝特點和淤漿法工藝類似，對原料的純度要求不高，預料不需要 特殊精制；并且由于在反應器的停留時間比較短，所以同樣可以完成產品系列的切換。
3.?結 語
高密度聚乙烯材料性能優良、應用廣泛。我國應當加大對聚乙烯材料的進一步研究。綜合來看，聚乙烯材料的發展離 不開催化劑的發展，加強科學研究，開發出更加高效的催化劑是提升效率與產量的必經之路。在反應控制方面，應當通過 改性實現材料的不同性能要求，增強材料的綜合性能，使之應用范圍更加廣泛、性能更加優越。
