新时期功能性聚丙烯催化剂的研究
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2015年全球聚丙烯(PP)总产能为7188.3万吨,消费量为6324.7万吨,其中注塑、纤维及薄膜用PP专用料分别占33.0%和32.6%,位居PP消费的前两位,并仍然保持着较高的增长态势。
2010—2015年产能年均增长率为3.7%,需求年均增长率为4.5%,预计2020年全球产能将达到9023.3万吨[1]。
PP的强劲需求极大地刺激着PP催化剂的发展。
氢调敏感性是PP催化剂的一个重要性能指标。
在丙烯聚合反应中,氢气通常被用作分子量调节剂[2-4]。
对于氢调敏感性弱的催化剂来说,为了大幅提高聚合物的熔体流动性,满足后期加工业的需求,往往在聚合期间加入大量的氢气。
这将导致产能的降低,还有可能引起“气蚀”等现象,严重时可造成装置停车,给生产带来很大的损失。
氢调敏感性良好的催化剂可以在较窄的反应条件下得到性能差别很大的聚合物,是工业生产上理想的产品[4-6,7]。
近年来,在注塑领域,特别是汽车及家用电器材料,为了追求产品制件的薄度和轻盈,具有高熔体流动性的α-烯烃聚合物的需求大增[5-6]。
这种强大的需求动力极大地刺激着高氢调敏感性催化剂的研究和创新。
其实,伴随着聚丙烯催化剂的发展,特别是20世纪80年代以来,高氢调敏感性催化剂的研究一直是本领域关注的焦点。
到目前为止,已有大量的相关专利公开,近期也有一些有关催化剂氢调敏感性与催化剂活性、立构选择性之间关系的理论研究发表[8-11]。
在已公开专利中,一般是通过特殊内给电子体或外给电子体的引入[4-5],来改善催化剂的氢调敏感性。
本研究工作人员通过载体组分的创新进行了催化剂氢调敏感性改善的系列研究[12]。
本工作通过由缩酮类化合物制备的新型催化剂载体和给电子体的反应制备了催化剂并进行了催化剂的丙烯聚合评价,考察了新型载体在聚丙烯催化剂应用中的性能,进而对比了给电子体种类对新型载体催化剂性能的影响,最后初步探讨了新型载体在聚丙烯催化剂应用中氢调敏感性增强的机理。
丙烯聚合所用催化剂及催化剂内给电子的研究聚丙烯树脂已经成为全球发展最快的热塑性树脂塑料。
聚丙烯催化剂技术的研究和应用在聚丙烯工业的发展中起着重要的作用。
因为我国占据31%的消费资料都来源于聚丙烯。
虽然我国聚丙烯工业发展迅速,但仍满足不了国内市场的需求,还需大量进口。
因此,加快发展聚丙烯工业是我国聚烯烃工业面临的重要课题。
而发展聚丙烯工业的关键在于催化剂的研究和制备技术。
本文着重阐述丙烯聚合所用催化剂及催化剂内给电子体的研究。
1.助催化剂丙烯聚合是以丙烯为原料,采用间歇式液相本体聚合法。
即在聚合中精丙烯在齐格勒—纳塔(Ziegler-Natta 以下简写Z-N)n型高效主催化剂和三乙基铝[AL(C2H5)3]助催化剂,二苯基二甲氧基硅烷(DDS)第三组分的共同引发下发生聚合反应生成聚丙烯粉料。
1.1三乙基铝三乙基铝是丙烯聚合的助催化剂,由于烷基铝中的铝原子未充满电子层,d 轨道的强烈倾向,因此具有很大的反应能力。
能自燃,能与酸、醇以及除饱和烃和芳烃以外的各种有机化合物发生反应,生成配位络合物。
三乙基铝是催化剂的辅助成份,它本身一般没有活性,但可以改变主催化剂的化合形态和物理结构,因而可以改善催化性能。
在丙烯聚合的Z-N中加入三乙基铝助催化剂后,主催化剂在化学组成,所含离子的价态、晶体结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等各方面都能发生变化。
由此影响催化剂的活性,选择性以及寿命等。
因此丙烯聚合三乙基铝是必不可少的催化剂。
在丙烯聚合中三乙基铝的作用主要是与催化剂一起形成聚合活性中心,同时起消除原料及系统有毒杂质、保护催化剂的作用。
因此,活化剂的加入量首先应满足与催化剂形成活性中心的需要,同时还与原料及系统中杂质有直接关系,当杂质含量高时,活化剂加入量应适当增大。
在催化剂用量保持反应正常,其它反应条件不变,转化率相对稳定的条件下,分别考察了活化剂的加入量对产品灰分,等规度及反应速度的影响,实验结果表明:(1)产品中的灰分,随着活化剂加入量的增大而增加,当活化剂加入量大于3000mL,产品灰分超标,质量不合格。
目前全球研究及应用的聚丙烯催化剂可分为:Ziegler-Natta 催化剂(Z-N催化剂)、茂金属催化剂以及非茂金属催化剂。
而Z-N催化剂在聚烯烃工业中的应用最为广泛,目前依然主导着聚丙烯催化剂领域的发展[1]。
内给电子体聚丙烯催化剂的重要组成部分,其可以直接影响Z-N催化剂的聚合活性与立构规整性[2]。
因此,对内给电子体作用机理的研究,以及综合性能优异的内给电子体的开发,对于整个Z-N催化剂的发展至关重要[3-4]。
本文对Z-N聚丙烯催化剂体系中内给电子体作用机理、发展过程及最新研究进展进行了评述。
1 内给电子体作用机理内给电子体对催化剂性能的影响主要有以下几方面: 催化剂聚合活性;催化剂氢调敏感性;聚合产物等规指数;聚合产物分子量、分子量分布;聚合物加工性能等[5-6]。
研究聚丙烯催化剂内给电子体的作用机理,对高性能聚丙烯催化剂的研发有重要指导作用。
早期通过对Z-N催化剂给电子体作用机理的研究发现,内给电子体通过其羰基氧或醚基氧等基团的电负性作用于载体上的Mg原子,进而对载体结构产生影响[7-8]。
这些内给电子体通过在载体表面的活性中心位点提供位阻,从而增强 Ti 活性中心的立体定向能力。
红外光谱对内给电子体苯甲酸乙酯(EB)在MgCl2载体上的吸附进行了研究,结果显示EB在MgCl2载体上(110)、(100)面上都有吸附,当引入TiCl4时,EB在(100)面上的吸附被TiCl4占据,而在(110)面上,EB依然占据吸附优势,因此内给电子体 EB通过占据MgCl2(110)晶面,进而阻止TiCl4在(110)晶面上形成无规活性中心[9]。
EB作为单酯类内给电子体被认为只和MgCl2配位而不和TiCl4配位,Soga等人[10]通过在完全非等规立构的催化剂中加入EB后发现,催化剂的立构定向性得到显著提升,该结果显示,内给电子体EB可在MgCl2(100)晶面上与TiCl4共同作用形成高等规活性中心,并阻止双核或多核钛通过桥氯键迁移而转变为无规活性中心。
丙烯聚合Z-N催化剂中的给电子体及其作用机理研究摘要:Z-N催化剂就是I-Ⅲ族金属烷基化合物与IV-X族过渡金属化合物双组分体系,为了提升聚合物的规整性,在聚合反应的过程中常常需要加入辅助电子体物质,该种物质就是外给电子体。
根据加入方式,给电子体包括内给电子体与外给电子体两种类型,虽然其生产目的是一样的,但是,对于催化剂则会产生不同的影响,在实际的生产过程中,需要综合给电子体的空间特征、化学特征以及电子特征进行选择,本文主要分析丙烯聚合Z-N催化剂中的给电子体及其作用机理。
关键词:丙烯聚合Z-N催化剂;给电子体;作用机理聚丙烯(PP)在近年来得到了迅速的发展,截止到目前为止,聚丙烯已经成为工业中应用最为广泛的树脂品种,其发展与Z-N催化剂有着密切的关系,未来阶段下的发展也主要依赖Z-N催化剂。
Z-N催化剂就是I-Ⅲ族金属烷基化合物与IV-X族过渡金属化合物双组分体系,为了提升聚合物的规整性,在聚合反应的过程中常常需要加入辅助电子体物质,该种物质就是外给电子体,在添加这种物质之后,可以有效提升聚丙烯的生产质量。
大庆炼化公司聚丙烯装置采用Basell公司的Spheripol(环管)技术,使用TiCl4为主催化剂,三乙基铝(AlEt3)为助催化剂的催化体系,Donor-C作为外给电子体加入催化体系,用于调节聚丙烯产品的等规度。
一、给电子体的种类与应用方式根据加入方式,给电子体包括内给电子体与外给电子体两种类型,虽然其生产目的是一样的,但是,对于催化剂则会产生不同的影响,这样就会表现出不同的功能,在实际的生产过程中,需要综合给电子体的空间特征、化学特征以及电子特征进行选择,催化剂性能不仅由两种碱单独性质决定,也依赖于两者之间的一个互补性。
(一)内给电子体内给电子体可以有效提升负载型催化剂的效果,与外给电子体相比而言,内给电子体的效果更加的显著,从传统的研究来看,内给电子体经历了这样的发展历程:即芳香单酯——芳香二酯——二醚,这几种电子体与三代Z-N催化剂都有着密切的关系。
258作者简介:高红艳(1983— ),男,汉族,新疆克拉玛依人。
主要研究方向:石油化工。
聚丙烯综合性能优良,原料来源丰富,价格低廉,加工和应用易于普及,已成为塑料行业的主力之一。
聚丙烯材料的可热塑性特点,通过共聚、共混、填充、增强、阻燃等改性途径使聚丙烯产品的综合性能更加多样化,功能更加强大。
一、聚丙烯材料的制备辐射交联聚丙烯的制备方法。
把聚丙烯粉末加入含交联助剂的溶液中,经烘干、脱除溶剂和热处理后,加入抗氧剂,混炼,挤出或者模压成型,将成型后的聚丙烯进行辐照。
借助易挥发溶剂混匀原料和助剂,缩短混炼时间,提高交联效率,其耐热性和熔体强度均有所提高,该法辐射交联不使用化学交联剂,交联均匀程度易于控制,环保、能耗低、产率高,电子辐照后的聚丙烯泡沫其耐环境老化性能和耐温性能显著提高。
使用新型催化剂BCZ-208的制备方法。
BCZ-208 催化剂比DQC-401 催化剂的催化活性提高约50%,催化剂平均单耗为0.016 kg/t;采用氢调法生产均聚PP 粉料,使用BCZ-208 催化剂有利于生产高熔体流动指数PP 产品,氢调敏感性好. 使用BCZ-208 催化剂比DQC-401 催化剂生产的PP 产品等规度提高约1%,相对分子质量分布较窄,灰分含量降低,PP 粉料平均粒径小,细粉少,PP粒料拉伸屈服应力较高,所生产的PP 产品均达到优级品质量指标。
二、聚丙烯的改性(一)聚丙烯的增韧改性微孔膜是一种应用广泛的塑料薄膜,主要应用在海水淡化、污水处理、电池隔膜、包装、医疗器械等领域。
微孔膜的制备方法主要有相分离法、中空纤维法、化学发泡法和单向或双向拉伸等。
不同的淬火方式及不同温度下等温结晶制备的热历史α-聚丙烯,其熔融行为和结晶形态差异较大。
淬火样品结晶度和熔融温度最低,球晶最小。
随着等温结晶温度的升高,样品的结晶度和熔融温度逐渐升高,球晶尺寸逐渐增大。
淬火样品球晶强度较低,双拉后材料没有产生微孔,等温结晶样品晶体强度较高、球晶界面较弱,双拉后产生了大量微孔,其孔径尺寸随等温结晶温度的升高逐渐增大,孔径分布均匀性优异。
探讨新时期功能性聚丙烯催化剂的研究
摘要:由于国内聚丙烯广阔的市场和研发产品的低成本,小密度及良好的化学文星性,使得新时期聚丙烯作为催化剂广泛应用于石油化工领域。
新时期对聚丙烯催化剂的深入研究,能够更好的增加其功能性。
国内市场对聚丙烯的强劲市场需求,进一步推动了聚丙烯行业的发展,国内对其投资热潮的增加,是我国聚丙烯市场的总产能和消费量都在普遍增加。
新时期对聚丙烯催化剂的研究,能够更强的增加其功能性,以利用其高附加值,进一步弥补国内市场对聚丙烯类催化剂研究的缺口。
关键词:聚丙烯催化剂石油化工
新时期对聚丙烯催化剂的研究,是为了适应聚丙烯树脂高性能化和功能化的发展需求。
聚丙烯催化剂兼具高活性,在使用过程中,拥有高立体定向性,新一代功能性聚丙烯以其可调、可控性的特性,及与其聚合物之间的对应关系,通过实践,实现其催化功能性目标。
论文以国内聚丙烯发展现状及进展,聚丙烯催化剂的未来发展方向,及如何在新时期增强聚丙烯的功能性作用三方面进行论述,以其为新时期聚乙烯催化剂的研究,提供可供参考的文献。
一、我国聚丙烯发展现状及进展
尽管近年来,聚乙烯产业在我国获得了长足的发展,然而在发展过程中,仍然存在着诸多问题,这就使得聚丙烯的发展阶段面临着产业结构调整的大难题。
大致说来,聚乙烯产业的发展面临着四个
方面的问题:技术水平(基本问题)、激烈的市场竞争(外部环境问题)、产品号牌档次(进出口协调关系问题)、产业结构布局(区域发展不平衡问题)。
国内聚丙烯市场消费的市场用途,主要体现在bopp膜,cpp薄膜,纤维制品、编制制品、注塑、管材等等一系列用途。
尤其是石油化工方面,功能性聚丙烯催化剂的使用,可以使管材制品更具高强度、抗冲击力,耐高温高压、韧性好、抗老化等等一系列好处。
因为具聚丙烯催化剂功能性的增强,使得管材的使用寿命增强,尤其是近年来,。
使用范围已经遍布家庭、娱乐设施等等系列方面。
如通过2013年国家化学建材测试中心的大清炼化公司推出的无规共聚聚丙烯(ppr)管材料pa14d和南京扬子石化公司自主研发的yp—503新型高性能管材料。
而现今供求关系的日益明显下,ppr 的市场容量在进一步扩大,尤其是ppr以其稳定的质量和优良的加工性能,以作为现代住宅的给水系统首选,这其中很大一部分就得益于聚丙烯催化剂衍生的管材制品的功能性作用,也使得新型材料的研发,成为刺激经济增长的首要条件。
2006 年,根据炼化企业生产实际和市场需求,集团公司科技管理部整体布局,建成合成树脂重点试验。
2010 年,中国石油设立重大工业化试验项目,推进展聚丙烯催化剂技术工业化应用,并进行系列产品开发。
2012 年5 月31 日,中国石油化工研究院自主研发的高效球形聚丙烯催化剂psp - 01 通过成果鉴定。
经过几年的发展,聚丙烯行业的研究,一年年在获得突破性进展,不仅带来
了全新的技术和水平,同时也使的聚丙烯作为合成材料行业中,作为催化剂的作用日益明显。
二、聚丙烯的未来发展方向
聚乙烯主要是以石油为原料产出的聚合物材料产品,在未来的发展过程中,实现节能和环保,是其主要的发展方向。
在目前的工业设备中,高密度的有色金属材料的应用,对大气污染的严重程度很深。
据现代研究表明,在工业换生产过程中,大量使用低密度的塑料零配件替代高密度有色金属材料,就综合性能和环保效果来看,聚丙烯是密度最小的品种,对于实现轻型、集约化实现有效的节能减排,将是一个大的方向。
受市场青睐的高附加值聚丙烯产品,是一项超越的技术,未来聚丙烯的发展方向就是,同发达国家的技术革新持平,重要的是制造技术的革新。
聚丙烯作为五大塑料之一,在各个领域的使用,在未来的发展,要以其产生的高附加值,弥补国内市场仍然进口的劣势。
三、如何在新时期增强聚丙烯的功能性作用
聚丙烯催化剂应用领域的单一化,是21实践聚丙烯发展的主要特征,实现其功能性的额首要条件是实现集约化生产模式,回收利用是其首要努力方向。
作为聚丙烯高端应用领域的飞跃,要在实现其高端性能的基础上,依托聚丙烯分子链结构的规整性。
在对聚丙烯的研发上,通过链支化、功能基图案、纳米复合技术等多方面内容。
在对聚丙烯的性能研究上,要强化其低温韧性、溶体强度、印染性、粘结性和与
其他聚合物的兼容性。
这样在实现其敬爱工性能时,其导热、导电、导磁性能才会综合提高,这样通用高分子催化下的工业市场用途,才能充分得以发挥。
新时期,科学技术是第一生产力。
由于市场经济发展过程中,对聚丙烯行业的市场需求加大了,但是为了追求高额的利润和、拥有广泛的市值,竞争的加剧,产能的提高,整个市场机制都处于供过于求的情形,在空间和区域布局的不合理性,模式的我国聚乙烯行业一度落后于世界先进发达国家的水平。
在强有力的市场竞争中吗,中小企业就日益被淘汰出局。
竞争的加剧,刺激了企业对技术的关注度。
不仅对其内部管理加以科学化、职能化,同时还以调整自身产业结构和技术含量为出发点。
增强聚丙烯催化剂的功能性,提高抗风险的能力,同时将竞争的附加值同技术含量放到同等重要的局面。
加快对聚丙烯催化剂的技术和科研中,增强其行业的自主创新能力。
不断地超先进的生产工艺和技术开发与应用中迈进,这样其行业的核心竞争里也就相应的增强。
四、总结
新时期对聚丙烯催化剂的功能性研究,从其发展现状及进展分析,在到对其未来行情进行预期,再到后来的如何增强其功能性,以期为未来聚乙烯行业的发展提供良好的帮助三方面进行论述。
要增强其功能性,必须加大对技术的投入,对聚乙烯作为催化剂,及与聚合物之间的共融性和互异性做出仔细的研究和试验证实。
在对
新时期聚丙烯催化剂功能性的研究中,以回收利用,实现其可持续发展和节约环境能源等诸多方面的问题。
使得我国聚丙烯行业的发展,能够适应市场的需求,并在国际市场上拥有广泛的影响力和竞争力。
参考文献
[1]江镇海;国内聚丙烯市场现状及发展[j];合成材料老化与应用;2013,42(2):56-58.
[2]焦亦麟;国内聚丙烯市场现状及其发展趋势[j];广州化工;2013,41(8):58-59.
[3]王丽娟;主要石油化工催化剂的研究进展[j];石油化工;2012,6.。