NDQ催化剂在400 kt/a Spheripol聚丙烯工业装置上的应用

何佳玮，杨 萌，刘向南

（蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西省渭南市 715500）

蒲城清洁能源化工有限责任公司400 kt/a的聚丙烯（PP）装置为Spheripol工艺装置（单环管+气相反应器），是目前世界上最大的单环管PP装置。受单环管的局限，不能生产宽相对分子质量分布的PP产品。NDQ催化剂是中国石化催化剂有限公司北京奥达分公司生产的新型球形催化剂［1-2］，NDQ催化剂具有聚合活性高和立构定向性强的特点，可实现在单环管装置生产宽相对分子质量分布PP［3-5］。本工作以三乙基铝（TEAL）为助催化剂、环已基甲基二甲氧基硅烷（Donor-C）为外给电子体，在400 kt/a的Spheripol工艺装置上使用NDQ催化剂试生产了高模量注塑专用PP HA8012和HP-M12，并评价了NDQ催化剂的活性、氢调敏感性以及PP的性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

NDQ催化剂，中国石化催化剂有限公司北京奥达分公司。TEAL，纯度95%；CS-2B催化剂：辽宁向阳科化集团。Donor-C，纯度99.5%，德国瓦克化学公司。HP500N，采用CS-2B催化剂生产的熔体流动速率（MFR）为 10～15 g/10 min的均聚PP；丙烯，纯度99.4%，聚合级；氢气，纯度99.9%：蒲城清洁能源化工有限责任公司。

1.2 测试与表征

MFR采用意大利Ceast公司的6942型熔体流动速率仪按GB/T 3682.2—2018测试。相对分子质量分布（Mw/Mn，Mw为重均分子量，Mn为数均分子量）采用美国Varian公司的PL-220型凝胶渗透色谱仪测试。二甲苯可溶物含量按ASTM D 5492—2006测试。差示扫描量热法（DSC）分析采用美国PE公司的DSC-7DSC-diamond型差示扫描量热仪，升温速率10 ℃/min。弯曲性能按GB/T 9341—2008测试。拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试。抗冲击性能按GB/T 1843—2008测试。

等规指数：将2 g干燥的PP用沸腾正庚烷抽提6 h后，将剩余物干燥至恒重，所得试样质量与最初试样质量的比值即为PP的等规指数。

2 结果与讨论

2.1 工艺流程及主要聚合工艺参数

400 kt/a的Spheripol工艺PP装置的主要操作单元包括原料净化、催化剂配制、催化剂预接触、预聚合、聚合、气-固分离（脱气）、汽蒸、干燥、造粒等。主要聚合工艺参数：NDQ催化剂的质量浓度为200 g/L，TEAL用量为0.12 kg/t，m（TEAL）∶ m（Donor-C）为3∶1，催化剂预接触温度为10 ℃，预聚合温度为19～21 ℃，聚合温度为71 ℃。

2.2 催化剂活性

从表1可以看出：与CS-2B催化剂相比，NDQ催化剂的活性较高，活性提高了32%。

表1 NDQ催化剂的活性Tab.1 Catalytic activity of NDQ catalyst

2.3 催化剂的氢调敏感性

HA8012和HP-M12为中高MFR的PP，要求催化剂有较好的氢调敏感性。在m（TEAL）∶m（Donor-C）为3∶1的条件下生产HA8012和HP-M12，评价了NDQ催化剂的氢调敏感性。从图1可以看出：NDQ催化剂的氢调敏感性能满足HA8012和HP-M12（MFR均为10～12 g/10 min）的生产，与CS-2B催化剂相比，氢调敏感性较差。

图1 NDQ催化剂的氢调敏感性Fig.1 Hydrogen response of NDQ catalyst

2.4 PP的等规指数

等规指数是PP生产的重要控制指标，高的等规指数赋予PP高的刚性（如拉伸强度、弯曲模量）。从表2可以看出：与CS-2B催化剂相比，采用NDQ催化剂生产的HA8012和HP-M12具有较高的等规指数和较低的二甲苯可溶物含量（质量分数为1.5%～2.0%），表明了NDQ催化剂的立构定向性较高。

表2 PP的等规指数Tab.2 Isotacticity of PP

2.5 PP的相对分子质量及其分布

从表3和图2可以看出：与采用CS-2B催化剂生产的PP相比，采用NDQ催化剂生产的PP具有较宽的Mw/Mn（6.0～6.5），且高相对分子质量部分显著增加，有利于提高树脂的拉伸强度和弯曲模量，实现了在单环管装置上生产宽Mw/Mn的PP产品。

表3 PP的相对分子质量及其分布Tab.3 Molecular weight and its distribution of PP

2.6 PP的力学性能

从表4可以看出：3个牌号产品的MFR均在10～12 g/10 min，其中，HA8012添加了成核剂。与CS-2B催化剂相比，使用NDQ催化剂生产的注塑专用PP的弯曲模量（1.8～2.2 GPa）和拉伸强度（大于38 MPa）提高的同时，冲击强度也大幅提高。

图2 PP的凝胶渗透色谱曲线Fig.2 GPC curves of PP

表4 PP的力学性能Tab.4 Physical properties of PP

3 结论

a）NDQ催化剂能适应400 kt/a的Spheripol工艺PP装置。

b）NDQ催化剂具有较高的活性，但氢调敏感性稍差。

c）采用N D Q 催化剂生产的注塑专用P P HA8012和HP-M12具有较宽的Mw/Mn、较低的二甲苯可溶物含量、较高的拉伸强度和弯曲模量。

d）使用NDQ催化剂实现了在单环管装置上生产宽Mw/Mn的PP产品。