聚乙烯生产工艺技术探讨

2020年04月21日09:59 来源：建材资讯

慧正资讯：聚乙烯是乙烯单体聚合的产物，聚乙烯优良的物理性能和化学性能使其在塑料行业，管材行业以及包材行业等有着广泛应用，但是目前由于聚乙烯本身结构的原因，其在某些方面的应用还存在一些限制。在本文中，简单介绍了聚乙烯的特征，性能，重点介绍了其生产工艺发展过程，同时讲述了目前聚乙烯材料的应用，希望为相关研究人员提供一定的参考。

聚乙烯的简单介绍

2.1 聚乙烯发展历史概述

聚乙烯是一种聚合物，单体是乙烯分子， 1922 年，英国开始合成聚乙烯分子， 1939 年，聚乙烯开始用于工业生产，同时在美国开始量产，聚乙烯是一种性能稳定的聚合物，在二战期间，聚乙烯被美军大量用于军需用品的绝缘材料中， 1958 年，日本的某些化工企业开始正式生产聚乙烯材料，到 1975 年，日本的聚乙烯材料生产取得快速发展，年产量仅次于美国年产量。

2.2 聚乙烯的性能及用途

聚乙烯材料具有较为优良的化学和机械性能，同时易成型，成本也较为低廉，这些都为聚乙烯材料的广泛应用奠定了基础。聚乙烯材料的用途如下。

2.2.1 可以制作绝缘材料

众所周知，聚乙烯材料物理性质较稳定，绝缘性能好，不易导电，所以它是电力工程中绝缘材料的绝佳选择，比如变压器，电容设备等。

2.2.2 用作防腐蚀材料

由于化学特性稳定，不容易被腐蚀，聚乙烯经常被应用在零件、设备或者管道的防腐层上。

2.2.3 用于制作包材

聚乙烯材料具有较强的应力，抗撕拉性良好，同时不易吸水，这些特性刚好符合包装材料的要求，所以聚乙烯被广泛用于包材材料的制作中，尤其是塑料包装材料。

2.3 辐射后聚乙烯应用广泛

聚乙烯在经过辐射处理后，性能变得更加优良，其具有耐高温性，抗压抗拉，不容易变形，更优良的绝缘性等优良特性，这也使得聚乙烯的用途更加广泛，比如它可以用作机械设备中易产生高温的部件上，变压器中，或者电器中的绝缘部件上等等。

聚乙烯的生产工艺

3.1 聚乙烯制备工艺发展概况

聚乙烯材料在各方面都有这广泛的应用，这也加速了聚乙烯生产工艺的不断改进和优化。在 1933 年，英国某化学公司发现在高压环境下，乙烯单体可以发生聚合作用，产生聚合物，也就是聚乙烯，这也就是我们常说的高压制取聚乙烯的方法， 1939年，此方法被应用在工业生产聚乙烯的工艺上。

1953 年，德国科学家发现依靠催化剂的作用，在低温环境下，乙烯也可以聚合成聚乙烯，这也就是后来的低温制取聚乙烯的方法， 1955 年，此方法被用于工业生产聚乙烯的工艺上。

在 20世纪 50年代初，一种新型催化剂被美国某公司发现，在中压环境下，这种催化剂就可以催化乙烯单体聚合成聚乙烯， 1957 年，此方法被用于工业化生产。

20世纪 60年代，杜邦公司（加拿大分公司）尝试用乙烯和 α-烯烃合成更低密度的聚乙烯， 1977 年，低密度聚乙烯的制取方法被美国研发出来，后来被称作是线型低密度聚乙烯。从特性上讲，线型低密度聚乙烯同时具有非线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的特性，而且线型低密度聚乙烯生产过程中消耗的能量较低，这也为它的快速发展奠定了良好的基础。

其实在用低压法制作聚乙烯时，最核心的部分是催化剂，所以各国对催化剂投入的研究力度也很大，这也就促使了催化剂的代代更替。制作聚乙烯的催化剂经历了三代的发展，第一代催化剂是德国科学家发现的钛铝结合的催化剂，但是它这种催化剂的催化效率有限。第二代催化剂是比利时研发出来的存在一定载体的催化剂，而载体是镁的化合物，此催化剂较第一代催化剂催化效率提升了数十倍，同时第二代催化剂相对于第一代的优点在于合成后不用再去脱去催化剂，大大节约了制作时间。

在 20 世纪 70 年代，意大利某化学公司提出可以省去造粒的过程，而直接将乙烯单体聚合成球状，并且找到了相应的制作方法，这其中的催化剂也就是第三代催化剂，这也给聚乙烯带来了新的变革。以催化乙烯单体聚合成聚乙烯， 1957 年，此方法被用于工业化生产。20世纪 60年代，杜邦公司（加拿大分公司）尝试用乙烯和 α-烯烃合成更低密度的聚乙烯， 1977 年，低密度聚乙烯的制取方法被美国研发出来，后来被称作是线型低密度聚乙烯。

从特性上讲，线型低密度聚乙烯同时具有非线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的特性，而且线型低密度聚乙烯生产过程中消耗的能量较低，这也为它的快速发展奠定了良好的基础。其实在用低压法制作聚乙烯时，最核心的部分是催化剂，所以各国对催化剂投入的研究力度也很大，这也就促使了催化剂的代代更替。

制作聚乙烯的催化剂经历了三代的发展，第一代催化剂是德国科学家发现的钛铝结合的催化剂，但是它这种催化剂的催化效率有限。第二代催化剂是比利时研发出来的存在一定载体的催化剂，而载体是镁的化合物，此催化剂较第一代催化剂催化效率提升了数十倍，同时第二代催化剂相对于第一代的优点在于合成后不用再去脱去催化剂，大大节约了制作时间。

在 20 世纪 70 年代，意大利某化学公司提出可以省去造粒的过程，而直接将乙烯单体聚合成球状，并且找到了相应的制作方法，这其中的催化剂也就是第三代催化剂，这也给聚乙烯带来了新的变革。

3.2 生产工艺分析

在聚乙烯制作初期，高压法用于制作低密度聚乙烯，当时用高压法制得的聚乙烯约占总产量的 67％，然而随着催化剂的不断改进以及生产的不断发展，用高压法制作聚乙烯的方法逐渐被低压法所取代。高密度和中低密度聚乙烯分别用淤浆法和溶液法、气相法制得，上述三种方法均属于低压法。

目前，生产上主要用高压釜式和高压管式两种方法制取低密度聚乙烯，气相法、淤浆法以及改良的低密度聚乙烯工艺主要用来制作线型聚乙烯，改良的低密度聚乙烯工艺主要就是降低在原有工艺上的压力，在第一代催化剂的催化下制作线型聚乙烯，而线型低密度聚乙烯主要采用气相法和溶液法制取。

目前世界上很多化工公司都掌握了生产聚乙烯的技术，据不完全统计，掌握制取低密度聚乙烯技术的公司有 7 家，掌握制取中密度聚乙烯技术的公司有 10 家，掌握生产高密度聚乙烯技术的企业有 12 家。

从综合情况来看，生产低密度聚乙烯最常用也是最成熟的方法是高压法，其中包括高压釜式和高压管式，同时高压法生产低密度聚乙烯已经在工业上得到了广泛应用。在用低压方法生产高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯的焦点问题在催化剂上，目前钛类催化剂主要被欧洲和日本化工公司采用，而络系催化剂大多应用在美国工业中，同时在 1991 年，美国发现了茂金属也可以用作聚乙烯聚合反应的催化剂，这为聚乙烯材料的工业化生产带来了新的发展。据统计，现存的主要的生产聚乙烯的方法有 11 种，而我国主要采用其中的 8 种进行生产，比较典型的是高压管式法，高压釜式法以及低压气相法等。

聚乙烯的应用及工业现状

4.1 聚乙烯的应用

目前聚乙烯材料在薄膜，包材及日用品中有着广泛的应用，同时为了提高聚乙烯材料的抗氧化作用，常在聚乙烯材料的加工过程中加入紫外线吸收剂，比如邻羟基二苯甲酮等，同时加入炭黑也可以有效地屏蔽紫外线。为了提升聚乙烯材料的使用性能，还会在其加工过程中加入一些润滑剂或者着色剂等辅助材料。我列举了聚乙烯材料在现实生活中的一些应用，如下。

4.1.1 聚乙烯材料应用于薄膜制作

由于聚乙烯具有较好的物理性能，比如抗压抗压能力好，绝缘等，聚乙烯常常被用作加工薄膜，制作出的薄膜具有抗水性能好，不易破损等优良特性。

4.1.2 聚乙烯材料被用于制作管板材

聚乙烯材料的可塑性好，同时耐高温，因此被广泛用于塑料管材的加工中，而且聚乙烯材料可以被久埋而不变形、不腐烂，通常这些管材被用于地下水管道，解决了下水管道中选材困难问题。同时经过发泡处理，高密度聚乙烯可以制成低泡沫塑料，大多建筑材料的制作都会用到这种低泡沫塑料。

4.1.3 聚乙烯材料被用于纤维制作

低压制成的聚乙烯材料可以被纺制成纤维，也就是我们常说的的乙纶，可被用于绳子和渔网的制作。同时目前已经研制出的高强度聚乙烯纤维，可以用于制作防弹设备或物资等。

4.1.4 聚乙烯材料被用于制作日杂品

聚乙烯材料耐高温，应力较强，所以我们日常用品中也离不开聚乙烯材料。其实我们的日用品很多都有聚乙烯材料的参与，比如脸盆、行李箱、容具等。

4.2 聚乙烯材料的工业现状

近年来，我国很将聚乙烯技术列为国家级创新计划中，可见我国对聚乙烯材料发展的重视程度，我国目前制作聚乙烯的方法以气相法为主，同时生产中也出现了很多问题，比如最常见的就是产生的过渡料非常多的问题。所以我国也对此问题投入了大量的人力和物力，试图在气相法上进行改进，目前行之有效的制作方法有气相聚乙烯冷凝、超冷凝工艺，对于完善聚乙烯生产工艺过程，我国还有很长的一段路要走。

目前聚乙烯聚合过程的催化剂已经出现了第三代，同时也是应用最广泛的一代。相对于前两代催化剂，第三代催化剂可以催化极性的一些单体和乙烯发生聚合反应，制成新一代的聚烯烃材料，由于材料的升级，那么新的聚烯烃材料性能上必然也会更优良。

聚乙烯优良的物理性能和化学性能使其在塑料行业，管材行业以及包材行业等有着广泛应用。但是目前由于聚乙烯本身结构的原因，其在某些方面的应用还存在一些限制。本文重点概述了聚乙烯的生产工艺及其应用，相信随着聚乙烯生产工艺的不断改善，其应用范围会越来越广，为越来越多的行业解决材料方面的难题。

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