浅析造粒对聚乙烯产品熔融指数的影响

浅析造粒对聚乙烯产品熔融指数的影响

郑广宗

天津石化南港烯烃部 天津市  300270

摘要：在聚乙烯树脂造粒的工业化生产过程中，聚乙烯造粒前后的熔融指数是不同的，为保证聚乙烯粒料树脂产品质量，进一步优化造粒操作，本文主要探究了造粒混炼温度以及树脂本身的密度对产品熔融指数的影响。

关键词：聚乙烯 树脂造粒 熔融指数 密度

在聚乙烯生产过程中，造粒操作是十分常见的。在造粒过程中，聚乙烯粉料添加不同种类的添加剂如抗氧化剂、抗静电剂、稳定剂等，以此来提高聚乙烯产品的性能，以方便聚乙烯产品的包装、贮存和运输[1]。然而，在造粒过程中可能会对聚乙烯产品性能产生影响，由于添加剂的加入量较小，这种影响通常不是添加剂作用引起的，而是由于在高温混炼过程中，聚乙烯分子结构、分子量的变化而引起的聚乙烯性能的变化，这其中以反映聚合物分子量的熔融指数MI的变化特别明显。为了提高产品质量，优化技术操作，本文主要介绍了造粒过程对聚乙烯产品熔融指数的影响，并分析了原因。通过观察同一牌号线性低密度聚乙烯产品在造粒前后的熔融指数变化，发现造粒后熔融指数出现变化。为分析导致熔融指数变化的根本原因，本文从混炼造粒过程中，聚合物分子可能发生的反应去着手探究。

由于聚乙烯在混炼熔融的过程中，受到双螺杆啮合的强大应力，在高温熔融的状态下，可能使聚合物主链及支链发生断裂，形成端基自由基和侧基自由基，分子链上的端基自由基或侧基自由基“回咬”自身的二级氢原子，发生链转移反应，形成小分子，实现分解[2]。如图1。

图1 树脂分解反应

分子链的端基自由基与另一分子链的侧基自由基结合，生成长成支链分子链，而分子链的侧基自由基与另一分子链的侧基自由基结合，形成交联分子链[3]。如图2。

图2 树脂交联反应

由以上可知，前两种反应能使聚乙烯分子量降低，而后两种反应会使聚合物分子量增加。于是，我们将发生分子链交联、扩张的速率设定为V扩，分子链断裂分解的速率设定为V降。当V扩 > V降 时，造粒后聚乙烯树脂的分子量增大，MI变小；当V扩 = V降 时，造粒后聚乙烯树脂的 MI不变。当 V扩 < V降 时，造粒后聚乙烯树脂的分子量减小，MI变大。

在实际的生产过程中，如何界定V扩及V降 的相对变化，以达到控制造粒后树脂物性的目的？由于缺乏理论分析指导，目前还难以运用准确的方法和手段来控制造粒后树脂的物性参数，尽管如此，在聚乙烯装置在长期的生产当中还是积累了许多这方面的经验。

在生产低密度，低熔融指数的树脂产品时，因树脂料硬而且流动性差，在混炼造粒过程中，往往不容易控稳混炼机筒体及树脂熔融温度，在操作的过程中筒体（混炼段）温度达到350～380℃，随着温度的升高，混炼后的聚乙烯树脂粘度变低，造粒出来的树脂呈蜡状。很显然树脂在造粒的过程中发生了明显的降解，形成了低分子量组成物。由此可见，混炼温度过高往往导致树脂发生明显的降解，树脂MI的变化主要取决于混炼温度，混炼温度较低时，V扩 > V降，造粒后树脂的MI变小，随着混炼温度的升高，树脂降解的倾向加大，当V降 ＞V扩 时将发生明显的降解，造粒后树脂的MI变大。

同时，温度对树脂造粒后MI变化的影响，也会因树脂性质不同而异，对于低密度的树脂来说，由于主链上存在较多数量的支链，活性分子链更多地倾向于链转移而导致降解发生。因而在造粒时，随着混炼温度的升高，树脂由V扩 > V降转而V扩 < V降 这一拐点所相应的温度相对较低。相反，对于高密度树脂这一拐点所相应的温度相对较高。也就是说高密度树脂造粒后 MI变大所相应的温度要比低密度树脂MI变大所相应的温度较高。

混炼造粒过程可改变树脂的MI，这种变化更多地来自于聚合物分子结构的改变，混炼温度是这种改变的主导因素，随着混炼温度的升高，聚乙烯分子链更多地趋向于降解而不是交联，在宏观上表现为造粒后树脂的MI由变小转而变大。对于不同性质的树脂，温度的影响会因此而异，在相同的温度下，低密度树脂比高密度树脂在造粒后更倾向于MI变大。

参考文献：

[1]金茂筑. 聚乙烯催化剂及聚合技术[M].北京：中国石化出版社，2014.3

[2]张岩. 高压聚乙烯装置分解反应产生的原因及措施[J].齐鲁石油化工，   2001(2):128-130

[3]杨琦. 线性低密度聚乙烯的链结构及其抗老化性能[J].合成树脂及塑料，2019(4)