LLDPE简介

线性低密度聚乙烯(LLDPE)，是乙烯与少量α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，密度处于0.915～0.940克/立方厘米之间。。

常规LLDPE的分子结构以其线性主链为特征，只有少量或没有长支链，但包含一些短支链。没有长支链使聚合物的结晶性较高。

通常，LLDPE树脂用密度和熔体指数来表征。密度由聚合物链中共聚单体的浓度决定。共聚单体的浓度决定了聚合物中的短支链量。短支链的长度则取决于共聚单体的类型。共聚单体浓度越高，树脂的密度越低。此外，熔体指数是树脂平均分子量的反映，主要由反应温度(溶液法)和加入链转移剂(气相法)来决定。平均分子量与分子量分布无关，后者主要受催化剂类型影响。

LLDPE在20世纪70年代由Union Carbide公司工业化，它代表了聚乙烯催化剂和工艺技术的重大变革，使聚乙烯的产品范围显著扩大。LLDPE用配位催化剂代替自由基引发剂，以及用较低成本的低压气相聚合取代成本较高的高压反应器，在比较短的时间内，便以其优异的性能和较低的成本，在许多领域已替代了LDPE。目前LLDPE几乎渗透到所有的传统聚乙烯市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆。

LLDPE产品无毒、无味、无臭，呈乳白色颗粒。与LDPE相比具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等。

(一)、LLDPE的应用领域

LLDPE的主要应用领域是农膜、包装膜、电线电缆、管材、涂层制品等。

线形低密度聚乙烯由于较高的抗张强度、较好的抗穿刺和抗撕裂性能，主要用于制造薄膜。 (二)、LLDPE的分类

LLDPE树脂的用途在于薄膜的生产，以长链α-烯烃(如己烯、辛烯)作为共聚单体生产的LLDPE树脂制成的薄膜及制品在拉伸强度、冲击强度、撕裂强度、耐穿刺性、耐环境应力开裂性等许多方面均优于用丁烯作为共聚单体生产的LLDPE树脂。目前，由于国内尚无大规模生产己烯、辛烯，且进口价格较贵，因此，现今国内生产的LLDPE树脂主要用丁烯作为共聚单体。国内有些企业在引进LLDPE生产装置时虽有用己烯作共聚单体的牌号，但终因国内无己烯生产而不得不放弃，仅在开车考核时进口少量己烯。我国进口的LLDPE多为此类产品。预计今后对以1-己烯为单体的LLDPE需求将有较大增长。

(三)、LLDPE的生产工艺概况

1、LLDPE的工艺种类

聚乙烯的生产方法主要有4种：高压法、气相法、溶液法和淤浆法。但目前，世界上生产LLDPE树脂通常采用气相法和溶液法工艺。

在溶液法工艺中，美国Dow Chemical的冷却低压法和加拿大NOVA Chemicals Corporation的中压法占优势。这两种工艺均可切换生产LLDPE和HDPE。

Dow公司的低压溶剂法工艺已用于世界上许多工厂，但这些工厂均属Dow的自有工厂。在此工艺中，乙烯、辛烯-1和C8～C9异构链烷烃溶剂与改性的Ziegler催化剂溶液一起送入两台串联的搅拌反应器。反应在395磅/平方英寸和160℃的条件下进行。第二台反应器溶液中，聚合物的含量为10%。总停留时间为30分钟。反应器的流出物在35磅/平方英寸的绝压下闪蒸，除去溶液中的乙烯。继之，用加热/闪蒸步骤除去溶剂。聚合物则进行挤压造粒。

加拿大NOVA公司的中压SclairTM溶液法工艺系由DuPont Canada开发，在1994年中期，NOVA Chemicals购买了SclairTM技术及其世界技术转让业务，并采用新一代的非茂金属催化剂，开发出了SclairⅡTM技术。

在气相法工艺中，Univation的低压气相流化床工艺，亦即UnipolTM工艺是生产LLDPE的最普通工业化工艺。在此工艺中，乙烯和共聚单体(丁烯-1或己烯-1)在流化床反应器中聚合，生成颗粒状聚合物。其特点是将一种载体型钛或钛-铬催化剂粉末连续送入流化床反应器，并连续地由反应器取出聚合物产品颗粒。在流化床中，增长的聚合物颗粒被循环的乙烯/共聚单体物流流态化。循环物流通过外部冷却器冷却，除去反应热。反应器压力约为300磅/平方英寸，反应温度约为88℃。UnipolTM工艺也可用于生产聚丙烯，采用Shell的超高活性催化剂(SHAC)。

此外，BP的低压气相流化床工艺与UnipolTM工艺非常相似。仅冷凝液送入流化床的方式稍有不同。BP的方法是先将冷凝液与循环物流分离，然后用置于流化床内的喷咀雾化，将其送入流态化床层。UnipolTM则不进行分离，冷凝液随循环物流一起送入流化床反应器。

2、工艺流程

生产LLDPE的工艺流程有多种，现主要介绍气相法和溶液法中两种主要的工艺流程。

1.美国联碳公司(UCC)的Unipol气相法工艺。该工艺与BP气相法工艺大同小异，但UCC产品范围较广，品种较多，采用4种不同的催化剂生产全密度范围分子量分布由窄到宽、熔体指数由0.91g/10min～125g/10min的各种树脂。在各种工艺中，UCC气相法产品范围最广。BP工艺采用一种催化剂生产全密度聚乙烯，熔体指数由0.35/10min～30g/10min，分子量分布窄，当生产宽分子量分布的牌号时，要在挤压造粒时加助剂，但牌号较少。

Unipol PE工艺的装置一般由4部分组成：单体净化、聚合反应、树脂脱气和树脂造粒。工艺流程如图表2 所示。

(1)单体净化 凡进入聚合反应器的单体(包括乙烯和共聚单体)都必须脱除氧、一氧化碳、二氧化碳、水、硫化物、甲醇、炔烃等对催化剂有毒的杂质。常用脱氧及氧化物的催化剂床和分子筛来脱出杂质。

(2)聚合反应 聚合反应在流化床反应器中进行，该反应器下部为圆筒形，上部由一倒锥体和一半球组成。反应器底部有一气体分布板，板上是由粉状树脂形成的流化床层。

催化剂和助催化剂直接从分布板通入反应床层，鼓风机送入循环气使床层保持流化状态，并使反应单体与催化剂均匀混合，同时带走反应热。反应热在循环气冷却器中移出系统。

通过床层的气体质量速度应为3～6倍的Gmf(流化所需气流速度)。

分子量调节剂——氢气也和单体一起从反应器底部通入系统。树脂的性能通过催化剂、助催化剂、共聚单体和氢气的加入量来调节。反应停留时间约3小时左右。

(3)树脂脱气 树脂从反应器出来经过特殊的卸料系统脱除未反应的单体；回收了单体的树脂循环到反应器，进入脱气仓，在此仓内进一步脱去树脂中吸附的烃类，从脱气仓下部通入一股吹扫气，与树脂逆流接触，将烃类吹出带走，同时也通入小股脱活剂，将聚合物上残余的活性中心杀死。

(4)造粒 脱气后的树脂经过振动筛等设备除去大块，在进入造粒系统前，先与固、液态添加剂混合。Unipol的造粒系统是由混炼器、熔融泵和造粒机紧密组合成三位一体，与其它工艺的相同系统相比，大约可节省能耗1／3。

用循环软水带走粒状切片，经过干燥分离水，送入料斗，再用空气送到掺混、储运和包装工序。

2.加拿大杜邦中压溶液法(Sclairtech)工艺流程。该工艺是溶液法中生产能力、发展最快的一种。1960年杜邦公司在加拿大沙尼亚建立套11kt/a的装置，至1990年后，采用该工艺的生产能力已达到720kt/a～780kt/a，其中的反应器生产能力为300kt/a。

(1)聚合 乙烯升压后与净化过的循环共聚单体及溶剂(环己烷)一起进入冷却吸收器，在降温的同时充分混合溶解，用进料泵加压达到反应压力10.79～16.67Mpa(110～170kgf/cm2)，经温度控制系统达到反应温度(100～300℃)，用加入的齐格勒型催化剂的量来控制乙烯转化率达95%左右，用氢来调节熔体指数。用共聚单体量调节聚乙烯密度。采用2个(或更多)反应器，在不同温度和不同氢加入点条件下操作调节产品分子量分布。

在反应器出口加入脱活剂以终止反应，然后使反应物流升温到300℃，通过Al2O3吸附剂吸附脱除催化剂残渣；如采用改进后的新催化剂体系(ACS)则可免去脱催化剂的设施。然后，反应物料进入中压闪蒸器脱除反应乙烯、共聚单体和大部分溶剂。

(2)后处理 熔体脱除单体、溶剂等易挥发物后与固体添加剂混合，进入挤压机和切料机，粒料被循环水带出，脱水后再用热水配成浆液，进一步洗出树脂中的溶剂，然后树脂进入汽提机，经蒸汽逆流汽提后，残留溶剂量小于500mg/L，再进一步干燥，并用热空气送到掺混料仓和包装工序。

(3)溶剂回收 从中压和低压闪蒸器顶部脱出的乙烯、共聚单体和环己烷分别经一、二段冷凝器进入低沸塔，低沸塔顶物料再依次经过乙烯塔和共聚单体塔回收乙烯和共聚单体，低沸塔底物料送到高沸塔和树脂汽提塔处理，从高沸塔顶回收环己烷，从树脂汽提塔底排出油脂状低聚合】物。补充的共聚单体键入共聚单体塔，从该塔侧线还排出异构物2-丁烯。

3、生产LLDPE的成本投入

生产聚乙烯的各种工艺方法，因其反应机理和工艺技术不同，导致生产流程和工艺条件各异，因而在原料和公用工程的消耗上，以及设备台数和材质的要求上均不相同，所以各种装置的投资和成本也有较大的差异。

根据投资和消耗指标，再以一种有代表性的产品牌号为例，对各种工艺的生产成本进行比较，其结果列表于上。从表中可以气相法和中压溶液法的成本，淤浆法和低压溶液法次之，高压法成本。

在实际的生产经营中，一个生产装置不可能始终生产一个牌号，总要根据市场需求而切换牌号。但切换牌号时，反应器越大、停留时间越长、更换催化剂越多，则不同牌号的过渡料就多，为切换而损失的操作时间也越长，由此而造成产品成本上升的幅度就越大。在这种情况下，气相法料粒的成本升高幅度较大，溶液法和Philips环管法及气相法粉料的成本升高幅度较小，而高压法的产品成本仍居高不下。

4、工艺技术对于LLDPE质量的影响

新技术工艺的发展不仅提高了产品的性能，而且降低了制造成本，促进了聚合物之间的竞争和相互替代。催化剂系统、共催化剂、共聚单体、反应器、聚合介质等方面的改变，影响着聚合物的分子结构，影响树脂的结晶度、支链度、共聚单体分布，以及密度、相对分子质量、相对分子质量分布(MWD)等。这些结构因素又决定着聚合物的最终性能，包括力学强度、光学性能、纯度、流变行为(可加工性)、稳定性(对热、紫外线等)、热性能和电性能。

如用低压工艺生产双峰的宽MWD和LLDPE共聚物和三元共聚物，可以得到加工及性能类似于传统高压LDPE的树脂。

LDPE有较多的支链结构，其中长支链占优势，而LLDPE只有短支链，它们的数目决定聚合物的结晶度和密度。改进加工性能将有利于LLDPE向LDPE的应用领域扩展，进入那些先前由于性能(如透明度、熔体强度等)差别而未能进入的领域。

近几年来，在一些LLDPE生产的新技术中，除了双峰工艺外，最突出的是茂金属、非茂金属单中心催化剂的工艺技术的发展，使得易加工、高性能的LLDPE大量涌现。应用这些新技术开发的LLDPE树脂，被人们称为第二代LLDPE树脂。

从上述情况可知，生产技术工艺先进与否，对产品质量、成本具有决定性影响。目前，我国LLDPE生产技术基本是引进国外上世纪90年代初期以前的工艺，加之消化吸收不够，生产出的产品档次和质量都不高，品种也少，产品杂质较多，质量不均匀，加工性能也较差。因此，国内许多加工企业宁可花高价进口国外料，而不愿用国内同类产品。

鉴于聚乙烯短支链的存在会干扰主链的结晶，因此增加短支链就会破坏结晶和降低密度。均聚的高密度聚乙烯含有极少的短支链，所以它的结晶度高，密度也高。

LLDPE与HDPE虽同属线型聚乙烯，但LLDPE完全是乙烯与α-烯烃共聚而成的。由于LLDPE所含的共聚单体比高密度的共聚物多，因而LLDPE的线型主链上有很多的短支链，致使其结晶度和密度都低；再因其短支链的类别和数目是随不同的共聚单体而异，若共聚单体的碳原子数多，在共聚物中含量也多，则该共聚物的密度下降也大。

(2)热性能 聚乙烯受热以后，随着温度的升高，结晶部分逐渐减少，当结晶部分完全消失时，聚乙烯就融化，此时的温度即为熔点。聚乙烯的密度升高，结晶度升高，其熔点也随之升高，所以密度不同的聚乙烯，其熔点也不同。LLDPE的熔点为120～125℃，介于H P-LDPE与HDPE之间。不同共聚单体的LLDPE，其熔点高低随其共聚单体的碳原子的增减而变动，碳原子数增多熔点升高。由于LLDPE的熔点比H P-LDPE高，故其模型制品可在较高温度下脱模，而且又快又干净。因LLDPE的熔点范围比H P-LDPE窄，故LLDPE的薄膜热封性能好，热合强度也高。

聚乙烯在温度升高时的流动性和在增加荷重时的变化，主要受分子量的影响。由于测定聚乙烯的熔体流动速率比测定分子量容易，因而通常以熔体指数(MI)，或熔体流动指数(MFI)来表示聚乙烯的分子量特性。在熔融状态下，聚乙烯的熔体粘度是分子量的函数，它随分子量的增高而加大。当分子量相同时，温度升高则熔体粘度降低。在常温下聚乙烯随密度的不同而有不同的柔韧性。在低温下聚乙烯自然具有良好的柔韧性，其脆析温度较低，这与其分子量有关。当聚乙烯的分子量增高时，其脆化温度下降，其极限值为-140℃。

在分子量相同的情况下，线型结构的LLDPE与HDPE的熔体粘度要比非线型结构的H P-LDPE大。在熔体指数相同的情况下，H P-LDPE的熔体粘度明显低于LLDPE和HDPE，因此，前者加工时的熔体流动性明显好于后两者，螺杆负荷小，发热量也小。

(3)抗环境应力开裂和抗蠕变性能从聚乙烯树脂的实用性来看，抗环境应力开裂(ESCR)性能是重要的物性指标之一。聚乙烯 ESCR性能因支链的增加、密度的降低而得到大大的改善。在3种不同的聚乙烯树脂中，LLDPE的许多性能介于H P-LDPE和HDPE之间，但其ESCR性能却居三者之冠。碳6和碳8高碳α-烯烃共聚的LLDPE，因其支链的增加，其ESCR值明显优于碳4共聚的LLDPE。

(4)热氧老化和光氧老化性能 聚乙烯由于其分子结构上和聚合物中所含的微量杂质等内因，以及受大气环境和成型加工条件等外因的影响，会产生热氧老化和光氧老化。这些老化反应按自由基键式反应机理进行，结果导致聚乙烯发生降解反应为主的不可逆的化学反应，而使其性能变坏乃至完全失去使用价值。

聚乙烯在氧气的存在下受热时易发生热氧老化作用，这种热氧老化过程具有自动催化效应，因此当升高温度时，氧化加速进行，它可使聚乙烯的电绝缘性能变坏。此外，ESCR、伸长率等性能也会降低，并且脆性增加，严重时还会发生特臭气味。氧化作用的影响与受热时间长短有关，例如将高密度聚乙烯制成的容器经短时间受热，其使用价值并无任何降低，如果将其制成的电缆在60℃长时间受热，则其电绝缘性能会显著降低。

聚乙烯受日光中紫外线的照射和空气中氧的作用，使其分子中的羰基含量增加而发生光氧老化作用，这种光氧老化作用是在常温下进行的，它可使聚乙烯分子解聚，并生成一部分支链体型结构。

因此，为了防止或减慢光氧老化的作用，应在聚乙烯中添加具有遮蔽光作用的稳定剂，如炭黑或紫外线吸收剂。聚乙烯在受热成型加工过程中，特别是与大量空气接触的情况下，例如压延过程中或挤出、注射成型时，由于受热氧化而使聚乙烯的机械性能降低，加了抗氧化剂后虽可部分防止，但仍不能完全避免，因此改进聚合工艺及成型加工方法，以及采用改性的方法，可提高聚乙烯受外因作用的稳定性。

(5)聚乙烯的介电性能 纯的聚乙烯不含极性基因，因此具有良好的介电性能。聚乙烯的分子量对其介电性能不发生影响，但聚乙烯中若含有杂质，如催化剂、金属灰分及分子中存在极性基团(羟基、羰基)等，则对其介电性能如介电常数、介电耗损(介电损耗角正切)等会发生不良影响。

(6)化学稳定性 聚乙烯具有饱和

脂肪烃的化学性质，因此它是高度稳定和不活泼的。不同密度的聚乙烯所含双键数目和支链数目不同，结晶度也不相同，所以它们的化学稳定性也略有差异。例如，低密度聚乙烯可溶于沸腾的苯中，而高密度聚乙烯在相同的条件下仅为苯溶胀。

聚乙烯的冲击强度与密度的关系是：密度升高，结晶度升高，冲击强度降低。LLDPE薄膜的冲击强度受共聚单体的影响很大，与1-丁烯共聚的LLDPE薄膜，其冲击强度与H P-LDPE薄膜相当，但与1-己烯和1-辛烯共聚的LLDPE薄膜，其冲击强度则有显著提高。

聚乙烯的透气性与密度的关系是：密度增加晶体阻挡层增加，透气性随之减小。与其它塑料薄膜相比，聚乙烯薄膜对氮、氧、二氧化碳的透气性较大，特别是低密度聚乙烯薄膜的透气性比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等薄膜的透气性都大。各种介质对于乙烯的透气性，与其在乙烯中的溶解度有很大关系，一般来说，非极性物质的透气性大于极性物质的透气性。

聚乙烯的伸长率与聚乙烯密度的关系是：密度降低，其非结晶组分增加，使聚乙烯变得更具塑性，因而其伸长率很快提高。

随着聚乙烯密度升高，其结晶组分也增多，结晶区域也扩大。在结晶区域中存在球晶结构，当球晶的大小超过可见光波时，由于可见光的反射而呈现乳白色，因而使聚乙烯的透明度减小，浊度增大。