聚丙烯熔融指数的影响因素

摘要：聚丙烯分子量大小取决于聚丙烯的聚合程度，由于甲基的不同排列顺序构成不同的结构包括等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯。熔体质量流动速率是塑料加工变形的流变学 指标，也叫熔融指数。聚丙烯的熔体质量流动速率必须进行精密的工艺调控，将其控制在合格范围之内，以保障塑料制品的各项性能，从而保证产品的质量。文中从氢气、原料及催化剂3个方面探讨了对聚丙烯熔体性能的重要影响，结果显示，氢气用量及催化剂性质是决定聚丙 烯熔融指数的主要因素。

聚丙烯为无毒、无味、晶体规则的白色颗粒。具有易塑性，抗冲击，耐弯曲，电绝缘性等诸多优势，相对密度为0.89~0.91 g/m3，良好的物理性质和 化学稳定性使其广泛应用于各个领域。对于聚丙烯的研究，一直在探索不同因素对聚丙烯熔体质 量流动速率的影响。 采用熔体质量流动速率（MI）来表征聚丙烯的流动性及产品质量。该分析项目是测量聚合物在 特定的温度和负荷下，10min内通过标准直径口模的熔融树脂的挤出速率。在此基础上，增加熔体 体积的计算，则叫做熔体体积流动速率（MVR）。熔体质量流动速率越大，表明熔体的流动性能越好，但相对分子质量将有所下降。 聚丙烯熔融指数的测试方法是1种非常有效和常用的评估聚丙烯材料流动性能的手段，通过此测试方法，可以准确评估聚丙烯材料在加工过 程中的流动性和可塑性，为相关行业的生产和工程应用提供重要的参考依据。对于聚丙烯 材料的质量控制和产品开发也能够起到了至关重 要的作用。1聚丙烯熔融指数测定法 1.1熔体质量流动速率的分析方法熔融指数仪开机，进行仪器升温，通过控制面板设置仪器升至230℃，选择测试方法，放入活塞 杆和标准直径的口模，预热30min，清理料筒及活塞杆后准备加样。将规定量的聚丙烯按比例 加入抗氧化剂，再将样品通过漏斗加入熔融指数 仪的加热料筒中，手动挤压物料排除空气，再放入活塞杆，拉下保护罩，启动仪器开始测量。熔融指 数仪及内部结构见图1。

当熔融指数仪开始加热后，内部的加热器会 逐渐升温，使加热筒中的样品融化。仪器中的温度探头会实时监测加热室内的温度变化，并 将数据传输给控制系统。

在样品融化过程中，熔融指数仪会保持恒定 的温度和压力条件，以确保测试结果的准确性和重复性。一旦样品完全融化并达到所设定的温 度，测试器会自动启动计时器开始计时。在规定 的测试时间内，样品的融化物会通过1个标准直径的孔口自由流动出加热筒，并流经称重器。称重 器会jingque地测量流出的熔体的质量，并将结果传输给控制系统。 

测试时间结束后，熔融指数仪会自动停止加 热，并将测试结果显示在控制面板上，此结果通常表示为单位时间内流出的熔体质量，以g/（10min） 为单位。熔融指数的数值越大，表示聚丙烯材料的流动性越好；则表示流动性较差。

1.2熔融指数分类及用途 

普通聚丙烯熔融指数是0.5~100g/（10min），一般认为熔融指数为5g/（10min）以下的聚丙烯可 用于管材、板材和拉丝料的挤出；6~20g/（10min）的熔融指数属于中等，此类聚丙烯适用于注塑成 型及吹塑；当熔融指数大于或等于20g/（10min）时，熔体质量流动速率较高，可以应用于大尺寸产 品的注塑。

2影响聚丙烯熔体质量流动速率的因素 

2.1氢气对熔体质量流动速率的影响 

氢气是影响聚丙烯熔融指数的重要因素之一。聚丙烯是1种疏水性材料，熔融指数通常是评价其流动性和加工性能的重要参数。添加 不同浓度的氢气会对聚丙烯的熔融指数产生显著的影响。催化剂与助剂协同作用下，使丙烯发生 聚合，引发聚丙烯链的终止与传递。在理想条件 下，该反应体系在满足传递要求时终止，既保证了催化剂的活性，又保持了原有体系的聚合性质。

在2种条件下会出现链的终止现象。（1）加入 反应链终止剂；（2）H2O、S、As等物质会引起催化 剂的破坏，引起链反应的结束。 

在链传递转移中，活性中心由单体向烷基铝、 烯烃转变为烷基铝和烯烃，反应过程中还需要适当的加氢作为反应链的转移剂，以此来实现对高 分子单体含量和熔体质量流动速率的精细调控。

2.1.1加氢量对实验结果的影响

以小试聚丙烯装置为研究对象，采用加氢法，固定催化剂量，压力 控制在0~0.3MPa范围内，研究9种不同加氢量对样品熔融指数的影响，并对其进行了化验分析。试验产品的分析结果见表1。

2.1.2加氢方法对催化剂活性的作用将加氢方法 

分为平行式加氢和分布式加氢。平行式加氢是指 加入的氢在反应器中均匀分散，扩散性能好，控制反应器中的分子量组分分布范围较低。该 方法在实际应用中，很难实现对氢含量的准确调 控；分布式加氢方法操作简单，容易控制，只要在反应器内加入适量的氢即可。在加氢时，向浆料 中掺入氢气体，会降低供氢量及氢的扩散效果。通过检测，平行式加氢与分布式加氢没有显著的区别，得到了相同熔体质量流动速率的产物，差别 在于产物的分子质量分布范围不同。

2.1.3熔体质量流动速率与氢扩散度的关系通过 

对反应过程中的搅拌与再循环，可以实现氢气的 扩散与加氢反应的发生。加速搅拌能够促进氢的扩散。在实际生产过程中，一般都通过反应 器内的循环来加速氢气的分散。在进料过程中， 回流气由釜底向上形成气泡状，增大了氢与液体丙烯之间的接触面积，增强了扩散均匀度，加速了 链转移的反应，增强了热辐射效应，为高熔点聚丙 烯的生成提供了有利条件，也减少了熔融温度的起伏和波动。

2.2原材料对熔体质量流动速率的作用 

以丙烯为单体，以氢为传质基元，配合适当的Ziegler-Natta催化体系，实现单体的高效聚合。聚 丙烯的生产原料有：丙烯（99%）、O2 、CO、As、S、烷 基烃、H2O、CO2 等，其中CO、As、S、O2 、H2 O、氢气中 水氧的含量均会损坏催化剂的活性，从而使其活 性下降。特别是TiCl4加入到高活性的催化剂中， TiCl4 的含量不同，但却会明显影响到反应环 境中的痕量杂质，极易导致催化剂中毒。当催化剂因中毒而失效时，其熔体质量流动速率将无法 达到规范的要求。

丙烯中微量的稀有气体的质量百 分数过量时，会占用大量的反应空间，造成反应器内氢分压的比例降低，从而使得熔体质量流动速 率的调控更加困难。高纯的氢和丙烯是保证熔融指数符合要求的重要条件。

2.3催化剂对熔体质量流动速率的作用 

在丙烯聚合过程中，催化剂是反应进行的重 要因素。各种类型的催化剂与熔融指数之间的关系见表2。

从表2可以看出，在一定的氢化用量下，通过催化剂种类的改变，产物的熔融指数也随之改变。因催化剂合成工艺及组分的差异，造成了氢含量 组分的差异。在实际应用中，若要改变催化剂，则应对其加氢量作相应的调节，使其熔体质量 流动速率保持在要求的范围之内。

3结束语 

研究结果表明，在聚丙烯熔体中加入不同的 氢浓度和不同的催化剂对聚丙烯熔体性能有很大的影响。增加氢含量可提高聚丙烯的熔体质量流 动速率，减小氢含量则降低熔体质量流动速率的 数值。催化剂的效能及原料也会引起聚丙烯熔体质量流动速率的变化。当运行工况 发生改变时，必须进行适当的动态调整，以保证熔 体质量流动速率的稳定。