高密度聚乙烯

高密度聚乙烯(HDPE)為白色粉末或顆粒狀產品．無毒，無味，結晶度為80%～90%，軟化點為125～l 35℃，使用溫度可達100℃；硬度、拉伸強度和蠕變性優於低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性較好；化學穩定性好，在室溫條件下，不溶於任何有機溶劑，耐酸、鹼和各種鹽類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的滲透性小，吸水性低；耐老化性能差，耐環境應力開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用會使其性能下降，所以樹脂中須加人抗氧劑和紫外線吸收劑等來改善這方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情況下熱變形溫度較低，套用時要注意。

基本介紹

• 中文名：高密度聚乙烯
• 英文名：High Density Polyethylene”
• 別稱：低壓乙烯
• 熔點：130℃
• 密度：0.941~0.960
• 特徵：白色粉末或顆粒狀產品
• 類型：合成樹脂

發展簡史

本世紀在管道領域發生了一場革命性的進步，即“以塑代鋼”。隨著高分子材料科學技術的飛躍進步，塑膠管材開發利用的深化，生產工藝的不斷改進，塑膠管道淋漓盡致地展示其卓越性能。在今天，塑膠管材已不再被人們誤認為是金屬管材的“廉價代用品”。在這場革命中，聚乙烯管道倍受青睞，日益發出奪目的光輝，廣泛用於燃氣輸送、給水、排污、農業灌溉、礦山細顆粒固體輸送，以及油田、化工和郵電通訊等領域，特別在燃氣輸送上得到了普遍的套用。

HDPE是一種由乙烯共聚生成的熱塑性聚烯烴。雖然HDPE在1956年就已推出，但這種塑膠還沒達到成熟水平。這種通用材料還在不斷開發其新的用途和市場。

我國國內高密度聚乙烯（這裡的高密度聚乙烯不包括全密度聚乙烯裝置生產的高密度聚乙烯）的生產商有中石油、中石化、中海油三大企業，截至2006年年底，屬於中石油的高密度聚乙烯裝置有4套，即蘭州石化高密度聚乙烯裝置、大慶石化高密度聚乙烯裝置、遼陽石化高密度聚乙烯裝置、吉林石化高密度聚乙烯裝置。

高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法製造，其特點是分子鏈上沒有支鏈，因此分子鏈排布規整，具有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料，用氧或有機過氧化物為引發劑引發聚合反應。

高密度乙烯屬環保材質，加熱達到熔點，即可回收再利用。須知塑膠原料可大分為兩大類：“熱塑性塑膠”（Thermoplastic）及“熱固性塑膠”（Thermosetting），“熱固性塑膠”是加熱到一定溫度後變成固化狀態，即使繼續加熱也無法改變其狀態，因此，有環保問題的產品是“熱固性塑膠”的產品（如輪胎），並非是“熱塑性塑膠”的產品（如 塑膠棧板 注:棧板在港澳被稱為“夾板”)，所以並非所有“塑膠”皆不環保。

HDPE分子

材料特性

【英文全稱】High Density Polyethylene

PE材料

【英文縮寫】HDPE

【中文全稱】高密度聚乙烯

【常用俗稱】低壓乙烯

【組成單體】乙烯

【基本特性】高密度聚乙烯是一種不透明白色臘狀材料，比重比水輕，比重為0.941~0.960，柔軟而且有韌性，但比LDPE略硬，也略能伸長，無毒，無味。

【燃燒特性】易燃，離火後能繼續燃燒，火焰上端呈黃色，下端呈藍色，燃燒時會熔融，有液體滴落，無黑煙冒出，同時，發出石蠟燃燒時發出的氣味。

【主要優點】耐酸鹼，耐有機溶劑，電絕緣性優良，低溫時，仍能保持一定的韌性。表面硬度，拉伸強度，剛性等機械強度都高於LDPE，接近於PP，比PP韌，但表面光潔度不如PP。

【主要缺點】機械性能差，透氣差，易變形，易老化，易發脆，脆性低於PP，易應力開裂，表面硬度低，易刮傷。難印刷，印刷時，需進行表面放電處理，不能電鍍，表面無光澤。

【套用場合】用於擠出包裝薄膜，繩索，編織袋，漁網，水管；注塑低檔日用品及外殼，非承載荷構件，膠箱，周轉箱；擠出吹塑容器，中空製品，瓶子。

【注塑工藝】HDPE有數不清的套用，範圍從可重複使用的薄壁飲料杯到5－gsl罐，消費國內生產的HDPE的1/5。注塑品級一般熔體指數5～10，有具有韌性較低流動性品級和具有可加工性的較高流動性品級。用途包括日用品和食品薄壁包裝物；有韌性、耐用的食品和塗料罐；高抗環境應力開裂套用，如小型發動機燃料箱和90－gal垃圾罐。

一般的HDPE熔點為142℃，分解溫度為300℃；注塑溫度的可調區間較大。注塑時，一般使用溫度為180℃--230℃；因是烯烴類塑膠，它不吸水，生產時，不需烘乾，但為了產品質量，可用60℃溫度烘乾1hr，以排出浮水；聚乙烯的熔體粘度大，流長比小，薄壁製品可能缺膠，因此，澆口和流道相對較大；製品易帶靜電，表面易吸埃。收縮率為16‰；溢邊值為0.05mm。

特徵

高密度聚乙烯具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電性能，耐環境應力開裂性亦較好。硬度、拉伸強度和蠕變性優於低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性均較好，但與低密度絕緣性比較略差些；化學穩定性好，在室溫條件下，不溶於任何有機溶劑，耐酸、鹼和各種鹽類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的滲透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐環境開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用會使其性能下降，所以，樹脂需加入抗氧劑和紫外線吸收劑等來提高改善這方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情況下的熱變形溫度較低，這一點套用時要注意。

生產工藝

PE最通常的生產方法是通過淤漿或氣相加工法，也有少數用溶液相加工生產。所有這些加工過程都是由乙烯單體、a-烯烴單體、催化劑體系（可能是不止一種化合物）和各種類型的烴類稀釋劑參與的放熱反應。氫氣和一些催化劑用來控制分子量。淤漿反應器一般為攪拌釜或是一種更常用的大型環形反應器，在其中料漿可以循環攪拌。當乙烯和共聚單體（根據需要）和催化劑一接觸，就會形成聚 乙烯顆粒。除去稀釋劑後，聚乙烯顆粒或粉粒被乾燥並按劑量加入添加劑，就生產出粒料。帶有雙螺桿擠出機的大型反應器的現代化生產線，可每小時生產PE40000磅以上。新的催化劑的開發為改進新等級HDPE的性能作出貢獻。兩種最常用的催化劑種類是菲利浦的鉻氧化物為基礎的催化劑和鈦化合物一烷基鋁催化劑。菲利浦型催化劑生產的HDPE有 中寬度分子量分布；鈦一烷基鋁催化劑 生產的分子量分布窄。用複式反應器生產窄MDW的聚合物所用催化劑也可用 於生產寬MDW品級。舉例來說，生產顯著不同分子量產 品的兩個串聯反應器可以生產出雙峰分子量聚合物，這種聚合物具有全寬域的分子量分布。

分子量

較高的分子量導致較高的聚合物粘度，不過粘度也與測試所用的溫度和剪下速率有關。用流變或分子量測量對材料的分子量進行表征。HDPE的品級一般具有的分子量範圍是40 000～300 000，重均分子量大致與熔融指數範圍相對應，即從100～ 0． 029g/10min(230℃，2.16kg)。通常地，更高的Mw（更低的熔融指數MI）增強了熔體強度、更好韌性和ESCR，但是更高Mw使加工

過程更難或且需要更高的壓力或溫度。

分子量分布（MWD）：PE的WD根據使用的催化劑和加工過程而有從窄到寬的不同。

最常用的MWD測量指數是不勻度指數（HI），它等於重均分子量（Mw）除以數均分子量（Mn）。所有HDPE品級的這個指數範圍是4—30。窄MWD提供了在模塑過程中的低翹曲性和高衝擊性。中到寬MWD提供了對多數擠塑過程的可加工性。寬MWD也可改進熔體強度和抗蠕變性。

添加劑

抗氧劑的加入可防止聚合物在加工過程中降解，並防止製成品在使用中氧化。抗靜電添加劑用於許多包裝品級以減少瓶子或包裝物對灰塵和污物的粘附。特定的用途需要特殊的添加劑配方，例如與電線、電纜用途相關的銅抑制劑。優良的耐氣候性和抗紫外線（或日光）可通過添加抗UV添加劑。沒有添加抗紫外線或炭黑的PE，建議不要持續在戶外使用。高等級的炭黑顏料提供了優良的抗UV性並可經常在戶外套用，如電線、電纜、槽池村層或管子。

加工方法

PE可用很寬的不同加工法製造。以乙烯為主要原料，丙烯、1-丁烯、己烯為共聚體，在催化劑的作用下，採用淤漿聚合或氣相聚合工藝，所得到的聚合物經閃蒸、分離、乾燥、造粒等工序，獲得顆粒均勻的成品。包括諸如片材擠塑、薄膜擠出、管材或型材擠塑，吹塑、注塑和滾塑。HDPE適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好，如注塑，擠塑，吹塑，旋轉成型，塗覆、發泡工藝、熱成型、熱封焊、熱焊接等。

擠塑：用於擠塑生產的品級一般具有小於1的熔體指數和中寬到寬的MWD。在加工過程中，低的MI可獲得適宜的熔體強度。更寬MWD品級更適於擠塑，因為它們具有更高的生產速度，較低的模口壓力而且熔體斷裂趨勢減少。

PE有許多擠塑用途，如電線、電纜、軟管、管材和型材。管材套用範圍從用於天然氣小截面黃管到48in直徑用於工業和城市管道的厚壁黑管。大直徑中空壁管用作混凝土製成的雨水排水管和其它下水道管線的替代物增長迅速。

板材和熱成型：許多大型野餐型冷藏箱的熱成型襯裡是由PE製成的，具有韌性、重量輕和耐用性。其它片材和熱成型產品包括擋泥板、槽罐襯裡、盤盆防護罩、運輸箱和罐。一種大量的增長迅速的片材套用是地膜或池底村里，這是基於MDPE具有韌性、耐化學性和不滲透性。

吹塑：在美國銷售的 HDPE1/3以上用於吹塑用途。這些範圍從裝漂白劑、機油、洗滌劑、牛奶和蒸餾水的瓶子到大型冰櫃、汽車燃料箱和筒罐。吹塑品級的特性指標，如熔體強度、ES－CR和韌性，與用於片材和熱成型套用級相似，故相似品級可以採用。

注射-吹塑通常用於製造更小的容器（小於16oz），用於包裝藥品、洗髮液和化妝品。這種加工過程的一個優點是生產瓶子自動去邊角，不需象一般吹塑加工那樣的後期修整步驟。儘管有某些窄MWD品級用於改進表面光潔度，一般使用中寬到寬MWD品級。

注塑：見上文“材料特性”。

滾塑：採用這種加工法的材料一般被粉碎成粉末料，使其在熱循環中熔融並流動。滾塑使用兩類PE：通用和可交聯類。通用級MDPE/HDPE通常的密度範圍從 0．935到 0．945g/CC，具有窄MWD，使產品具有高衝擊性和最小的翹曲，其熔體指數範圍一般為3—8。更高MI品級通常不適用，因為它們不具備滾塑製品希望的衝擊性和抗環境應力開裂性。

薄膜：PE薄膜加工一般用普通吹膜加工或平擠加工法。大多數PE用於薄膜，通用低密度PE（LDPE）或線性低密PE（LLDPE）都可用。HDPE薄膜級一般用於要求優越的拉伸性和極好的防滲性的地方。例如，HDPE膜常用於商品袋、雜貨袋和食物包裝。

主要用途

高密度聚乙烯樹脂可採用注射、擠出、吹塑和旋轉成型等方法成型塑膠製品。採用注射成型可成型出各種類型的容器、工業配件、醫用品、玩具、殼體、瓶塞和護罩等製品。採用吹塑成型可成型各種中空容器、超薄型薄膜等。採用擠出成型可成型管材、拉伸條帶、綑紮帶、單絲、電線和電纜護套等。

另外，還可成型建築用裝飾板、百葉窗、合成木材、合成紙、合成膜和成型鈣塑製品等。

包裝儲運

貯存時應遠離火源，隔熱，倉庫內應保持乾燥、整潔，嚴禁混入任何雜質，嚴禁日曬、雨淋。運輸應貯放在清潔、乾燥有頂棚的車廂或船艙內，不得有鐵釘等尖銳物。嚴禁與易燃的芳香烴、鹵代烴等有機溶劑混運。例如，農夫山泉的四升裝的礦泉水的大桶，就是此材料。

回收利用

HDPE是塑膠原料庫回收市場增長最快的一部分。這主要因為其易再加工，有最小限度的降解特性和其在包裝用途的大量套用。主要的回收利用是將 25%的回收材料，例如後消費回收物（PCR），與純HDPE經再加工後用於製造不與食物接觸的瓶子。
該工藝中，聚合反應溶劑為正已烷，催化劑為高活性z—N催化劑，乙烯和氫氣混合後進入第一反應器，與催化劑混合發生聚合反應，反應器內聚合物以淤漿形式懸浮在己烷中，聚合溫度約為80℃ ，聚合壓力小於10 bar，此工藝可以生產產品密度範圍為0．942～0．965 g/cm3，熔融指數範圍為0．2～80，共聚單體為丙稀和丁烯一1，生產傳統HDPE和雙峰HDPE，高密度管材性能優異，適合製作受壓管材，達到PE100+。淤漿法釜式反應器連續聚合工藝的特點是：操作壓力和操作溫度低；雙釜反應器可通過採用並聯及串聯不同的形式生產單峰及雙峰產品；工藝操作彈性高，產品牌號轉換快，對原料純度要求不高；共聚單體採用丙烯，1一丁烯；採用已烷作溶劑，回收單元簡單。該工藝的特點是聚合在惰性烴稀釋劑中進行的。 工藝流程為：將聚合乙烯（乙烯99.9%，乙烷0.1%）送入乾燥器後與由正己烷組成的循環稀釋劑一起再進入釜式反應器，催化劑採用載體上含有鈦和錳、三乙基鋁為助催化劑的牌號。加入少量的氫控制分子量，聚合反應形成的是聚乙烯顆粒，反應溫度為90℃，壓力為1.8MPa，反應可分兩步在兩個聚合釜中進行，生產的濃度為34%（質量分數）的淤漿固體，單體轉化率可達97%。聚合物從第二反應器流出閃蒸至壓力0.14MPa，閃蒸出來的未反應的乙烯、排出物中的乙烷及2%的環己烷稀釋劑經兩次壓縮冷卻到2.5MPa，去氣提塔將乙烷回收去再循環中。閃蒸後留下來的淤漿經離心分離回收大部分稀釋劑，固體濾餅送至乾燥器中將揮發組分含量降至5%（質量分數）左右。該乾燥器是以氮氣保護做閉合循環進行操作的。乾燥出來的聚合物粉末送至流化床乾燥將所有烴稀釋劑除去、乾燥後聚合物顆粒送到混煉工段加入各種添加劑，然後造粒。 (2)環管反應器工藝 環管反應器工藝的典型代表是Phillips公司的Phillips工藝和INEOS公司的Innovene S工藝。Phillips工藝以異丁烷為稀釋劑，採用鉻系催化劑，催化劑在使用前要進行活化，活化後的催化劑粉末在氮氣保護下與高純度的異丁烷形成催化劑淤漿，然後進入環管反應器，原料乙烯單體經過精製後，與氫氣、共聚單體己烯一1進行預混合然後注入環管反應器，乙烯在催化劑的作用下生成聚乙烯。軸流泵保持反應器內物料的高速流動和非常均勻地混合，反應熱由夾套冷卻水均勻地撤出。本工藝生產MI範圍為0．1 5—1 00，密度0．936—0．972 g/cm3。環管反應器工藝的特點是：設備較少，流程短，投資成本低；不產生蠟和齊聚物，不粘壁；粉料形狀好，易於輸送；反應熱依靠反應器夾套冷卻水取出，撤熱容易， 調整方便；原料要求較高，需淨化；共聚單體採用己烯；採用異丁烷作溶劑，易於脫出殘留溶劑。 其工藝流程為：新鮮的聚合級乙烯在乾燥後將配製分子量調節劑氫，防凍劑和循環稀釋劑異丁烷混合後送入多環管連續流程反應器中，並將催化劑補充異丁烷充入反應器內。反應溫度為106.7攝氏度，壓力為3.9MPa。聚合物和稀釋劑余漿藉助軸流泵在6m/s的速度下通過環管反應器。反應器夾套中的水冷卻控制反應溫度，聚合物固體由環管反應器中豎式沉降口排出。從而使淤漿濃度可達到55%，轉化率為98%—99%。聚合物排出後去閃蒸將異丁烷及殘餘單體排出到稀釋劑回收裝置中。其他固體聚合物與添加劑混合併造粒。 2 、氣相聚合法 氣相聚合法（氣相流化床法）工藝典型代表為DOW化學公司的univation技術和INNOS公司的Innovene技術univation技術工藝採用低壓氣相流化床反應器，採用z/n催化劑及鉻系催化劑，淨化的原料注入反應器，在催化劑貯作用下產生聚合反應，反應在85～110。【=．壓力為2．41 MPa下進行，乙烯單程轉化率約為1% ～2% ，反應熱的撤除主要通過循環物流的冷卻，生產產品MI範圍為0．01～150，密度範圍為0．915～0．970 g/cm3。氣相流化床聚合反應工藝的特點是：操作壓力低，溫度低；可生產全密度聚乙烯；催化劑體系包括鈦系、鉻系；茂金屬催化劑；對原料純度要求高，所有原料均要精製；不需用溶劑，能耗低，維修和運行費用低。生產工藝是：乾燥的單體與氫氣一道加到反應器系統中，原料加進一個大循環蒸汽流迴路，並通過氣體分配由進入大型流化床反應器的底部，根據設計反應器原料有69.57%乙烯（乙烯含量為99.9%，0.1%為乙烷）、10.43%氫、7.56%乙烷和12.44%氮。這一原料氣組成生產出來額產品具有8g/10min的熔體指數和0.964g/cm3的密度。催化劑由三氯化鈦和四氫呋喃為促進劑的二氧化鎂混合物，助催化劑為三乙基鋁。催化劑以固態形式同氮氣一道從不痛反應器部位進入器內。操作溫度為105℃，具體溫度根據產品牌號定。反應器操作壓力為2.0MPa，反應氣體從反應的頂部出來經旋風分離器講含有固體物末的催化劑分離出來送回反應器去。然後從旋風分離器出來的氣體經壓縮和循環冷卻器後循環至反應器底部。反應器排料通過一氣閘系統間歇地將產品顆粒送到料罐。進入出料罐的部分氣體經上部的緩衝罐、過濾器、氣體冷卻器、分離罐進入壓縮機循環系統。聚合物從出料罐下部出來進入吹洗罐及後處理系統中去。後處理系統包括向聚合物加入各種添加劑、熔融、造粒及包裝。