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Spherizone生产技术：新的行业指针 |
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作者：巴塞尔公司 Spheripol & Spherizone 来源：PT现代塑料 |
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众所周知，巴塞尔公司是一个重要的聚烯烃生产商和技术许可方，但用少量篇幅来介绍“新的行业指针”Spherizone加工技术的开发概念还是值得的：谈到聚丙烯，到目前为止，在产品性能方面主要的技术进步都集中下列市场需求：
◆提高刚性
◆提高抗冲击性能
◆在这两种性质间获得更好的平衡
◆对提高加工性能和生产线效率的需求
到目前为止，对这些需求通常都会采用一些“经典”的技术方法：如增强催化剂的开发、提高温度、更成熟的化学产品结构、以及最终双峰的使用，它使得Spheripol技术可以在目前所有的改性开发中保持明显的优势。通过在多反应釜Spheripol工艺的两个顺次阶段采用不同的反应条件，可获得双峰，从而获得所需的产品物理性质，而独立工艺参数的利用则拓展了对聚合物结构界定的了解。
只有通过这种新型反应釜条件才能获得领先一步的聚丙烯材料工程技术，使聚合物粒子内不同的聚合相间保持完美的均匀性。
利用这一技术，巴塞尔公司的新型加工方法不仅使产品具有优异的品质，并为获得全新的聚丙烯产品性能创造了条件。
这项技术就是使用多区域循环反应釜的Spherizone加工技术。在这个反应釜系统中，每个料子中各相的增长速率可以独立于其在聚合反应釜中的停留时间和总体停留时间分布，因此克服了由于停留时间分布引起的不同等级双峰的非均匀性。
由于消除了分段效应和停留时间分布的影响，可获得大分子层级上完美的均匀性，从而提高产品质量，而产品质量的提高又大幅拓宽了这项技术的操作窗口，为生产出比现有聚丙烯品级性能更好的聚丙烯创造了条件。不过最重要的是它提供了生产创新聚烯烃的可能性，可以实现一些以前不可能做到的用途。
MZCR（多区域循环反应釜）的基本结构是左边有一个提升管，右边是降液管。在提升管中聚合物粒子被夹带在快速液化的流体中，从而形成活塞式单向流动状态。在反应釜顶部，旋风分离器把流体的聚合粒子和夹带介质分开。
不断增加的聚合物粒子掉进一个移动的聚合物粒子紧密催化剂床层。为了使降液管中的反应条件与提升管中的不同，在降液管上部的聚合物床下面注入一个所谓的阻隔流。通过修整阻隔流，形成正气流，把聚合物从在提升部分夹带的反应介质中剥离出来，形成一种新的聚合状态。
降液管中的聚合物往下流，在底部再次进入提升区，然后连续经历这个选择反应过程。基本来说利用这套系统，巴塞尔可以制造出一个“单向阶式反应釜”。
正如上面简短解释过的那样，剥离区是MZCR的核心，正是它赋予了在一个单独的反应釜中可以形成完全受控的不同聚合状态这一独特性质。
剥离的组分和/或程度可以控制，使降液管中的聚合物得以经历一种新的反应条件。反应条件可以变化，如可以改变氢的浓度和共聚单体的浓度。
光反应成分的浓度一般在提升区都很高，而在降液区就较低，从而可以在反应的分离点最容易地完成剥离。
利用前面解释过的这些特性，可以很清楚地看到这种新型加工技术能够提供的可能性。
第一，可以提供标准聚丙烯产品，其中最多生产的是均聚物，标准无规共聚物和多相共聚物。基本来说，大多数聚丙烯聚合技术都可以生产这些产品。
巴塞尔的Spheripol技术能够生产额外的，更具有针对性的产品，如高刚性HECO，丁烯改性无规共聚物或三聚物和高结晶性均聚物。
MZCR构型的Spherizone加工过程扩展了聚丙烯家族，可根据生产条件的不同组合生成更多的产品，如均相raco复合材料，双晶无规共聚物，高乙烯含量无规共聚物，无规heco复合材料和高结晶性多相共聚物，这样就在现有的所有聚丙烯用途之外，开拓了聚丙烯新的应用领域。
如果使用MZCR作为唯一的聚合反应釜，基本上可以生产所有均聚物、无规共聚物和三聚物，包括这些聚合物的组合。如果在MZCR上串联一个额外的常规气相反应釜，产品系列可以更进一步扩展到各种多相共聚物。
在Spheripol技术中，由于装置的组合式设计，气相反应釜单元可以在后期再加上，这样对初始投资成本影响就不大。与Spheripol结构相比，Spherizone加工过程特有完全不同的反应釜和高压单体还原部分。在两个环状反应釜中，MZCR本质均相的“单向阶式反应釜”取代了两个步进级联器，而Spheripol的闪蒸线、高压脱气、丙烯清洗和冷凝被高压分离步骤、重新压缩和单体提纯单元所取代，这样就可以在MZCR降液管的入口注入丙烯流体作为阻隔。
由于MZCR聚合反应可形成极佳的组织形态，并已证明Spherizone技术与其非常兼容。大多数Spheripol的最新设计和技术成就，如催化剂激活、气相共聚物反应釜、低压脱气、聚合物蒸汽和干燥、以及添加和挤出设计都已成功应用于Spherizone加工过程。
多轴图证明通过MZCR聚合，可以用Spherizone技术获得产品性质的提高。红线代表通过Spheripol技术和巴塞尔Avant催化剂可以得到的现有标志性聚丙烯产品的性质范围，而Spherizone蓝区则呈现了所有这些性质的改善。
很多性能如刚性、刚性/冲击平衡、耐热性、熔融强度、密封初始温度、柔软性和分子量重量分布范围（宽和窄）得到明显增强。
其他性质如光学性质、抗蠕变性和加工性能也得到进一步改善。
如上所述，刚性、抗冲击性、流动性、耐热性、均匀性、光学性质、加工性能等都可以得到提高，从而赋予产品新的应用机会，包括薄膜、包装、挤出、吹塑、注塑、汽车、纤维和管道等。
Spherizone技术生成的产品可以用于如薄膜、家
居用品、盖罩和工具等用途
示例：
在BOPP应用中，如果要提高机械性能，总是会导致加工性能呈线性下降，如左下图所示。由于用Spherizone方法生成的产品都具有高结晶性，故在改善薄膜性质，如薄膜强度和阻隔性质的同时甚至可以提高加工性能。
加工性能的增强主要是通过形成高比例的中间融体材料来控制树脂化学结构，这可以用TRFE分析的立构规正嵌段数目来表示。
可以生产柔性模量低至500MPa的软性共聚物树脂，仍能通过FDA认可。
由于聚合结构具有高度均匀的C2无规共聚物基体和分散得非常好的橡胶相，可以获得比常规聚丙烯好得多的物理性质。
例如，材料的光泽度较好，尤其是在整个工作期内均可得到保持，如题图所示。
如果在部件表面移入无定形材料，通常会降低光泽度，但是由于Spherizone树脂特有的物理结构，可以数量级地减慢这个过程。
这些品质进一步使得Spherizone技术生成的产品可以用于如薄膜、家居用品、盖罩和工具等用途，而原来用Spheripol技术生产的产品基本上只能用于缓冲器领域。
而对于汽车行业，Spherizone技术生成的树脂具有无可比拟的冲击-刚性平衡；这些树脂，不管是纯的还是进一步化合过的，都可以得到更低的定径而不牺牲机械性能。
这些开发向汽车工业展现了新的前景，汽车行业一直在努力减轻汽车重量，因为这意味着更安全的汽车和更低的油耗。
对于象管道和型材这样的工业用途，由于刚性和低温耐冲击强度的限制，只有部分可以使用聚丙烯树脂。
新型树脂为满足以下所有要求创造了条件：高刚性，高的低温冲击性能，良好的加工性能，蠕变性能提高。
Spherizone的概念开发开始于九十年代晚期。巴塞尔的技术工程师努力改善加工过程，以克服材料本质的不均匀性，从而扩大Spheripol技术可以应用的潜力。
这样形成了应用循环反应釜技术的想法，聚合条件可以选择。实际上循环床的概念当时已经是测试阶段（如在液化催化裂变过程中），但应用于聚合过程还是完全革新的。
巴塞尔的研发部门开始是在冷冻状态下进行液态动力研究，并建立了一个100kg/h的中试工厂。1999年，第二个产量为500kg/h的中试工厂开始运作，并且仅仅三年后就在意大利Brindisi建成了第一条工业化装置。
当时建立的最早的Spheripol装置现在已经转变为第一个工业化Spherizone加工厂。由于受挤出区工厂设计的限制，这个工厂现以每小时20吨的速度工作。中试放大的效率不受关键机械或者MZCR反应釜尺寸的限制，可等同于Spheripol加工聚合装置（450kt/a设计正在进行中）的效率。
Spherizone经济性：
以投资经济而言，我们可以说我们能够提供一个世界级的，组合式，并具有灵活性的生产装置，保持了巴塞尔公司长期以来在Spheripol技术上具有的成本领先地位。
换句话说，安装的成本与同样生产能力的Spheripol一样。Spherizone加工过程保持了较高的操作性，并可以降低操作成本，这主要是因为与Spheripol效率相比，减少了转化时间，催化系统成本更低（同样的催化系统，但对特种用途要求的同样性能，需要更低的催化剂消耗，甚至更便宜的组成）。
由于其技术的特性，根据产品的品级不同，它消耗的蒸汽会少得多，但电能消耗会多一点。以兆焦/吨计，聚合部分的能耗减少。
根据当地蒸汽和电力的价格情况，这可能会也可能不会形成价格优势。但是从环境角度看它还是很具有吸引力的，因为总的来说行业都在寻找更低的能耗。
在比较转化效率时，必须注意到，相比到目前为止还无可比拟的Spheripol效率，Spherizone技术的明显优势是对于那些在Spheripol装置中通常会需要较长周期的产品族，其转化时间会缩短，这主要归功于环形反应釜中共催化剂和共聚单体浓度的明显变化。
根据巴塞尔自己的经验，2003年底Spherizone技术可以发放技术许可，许可的生产能力大约为年产100万吨，我们认为这一决定会很快改变聚丙烯行业的格局，使那些被许可方和工作伙伴在发展中更具优势，共同分享Spheripol装置操作性能带来的进步。(end)
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(6/14/2005) |
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