[发明专利]一种高性能聚丙烯管材料的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能聚丙烯管材料的制备方法，属于烯烃聚合领域。

技术背景

聚丙烯管材料主要分为均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)以及无规共聚聚丙烯(PP-R)。这三种材料结构的差异使他们具有不同的应用特性，因此也具有不同的用途。其中PPH因具有较好的耐化学腐蚀性和较高的热变形温度，主要用于高温工业排污管。一般而言，PPH管刚性较好，但冲击性能较差。进一步提高其耐冲击性能是技术研发的重点目标。

现有技术生产PPH管材料时，仅通过拉宽分子量分布，适当降低聚合物等规度来生产，以满足加工成型的要求。也有通过后加工改性来提高均聚聚丙烯性能的，比如通过加入β晶成核剂，提高PPH管材料抗冲击强度；专利CN101168609A中提到用β成核剂改性无规聚丙烯管材料，同步提高无规聚丙烯管材料的刚性和韧性。但β晶成核剂成本较高，且β晶不稳定，在使用周期内易转变成α晶，进而导致材料性能的下降。专利US6433087、JP2002295741和KR20040048053中提出了制备高性能聚丙烯管材料的方法，但是用到乙丙共聚聚丙烯、聚苯乙烯弹性体或乙烯/丙烯/丁烯三元共聚物和均聚聚丙烯掺混的方法来制备高性能管材料，无疑也导致了生产成本的增加和材料性能因原料质量和改性操作等带来的不稳定。

本发明拟通过直接聚合的方法，通过调整聚丙烯组合物的分子结构，实现其性能的提高。更具体地讲，通过调整催化剂在不同反应器间的聚合立构规整度和氢调敏感性，以获得较低等规度的大分子部分和较高等规度的小分子部分，即可达到材料刚性和韧性的综合提高。

发明内容

本发明一种高性能均聚聚丙烯管材料的生产方法，该方法采用普通商用Z-N聚合催化剂和直接聚合的方法，通过调整催化剂在不同反应器间的聚合立构规整度和氢调敏感性，得到大分子部分等规度较低、小分子部分等规度极高的宽分子量分布聚丙烯组合物，实现材料刚性和韧性的综合提高，材料无需后加工改性，聚合过程也无需添加任何共聚单体。

更具体地说，本发明调整催化剂在不同反应器内的氢调敏感性和聚合立构规整度，通过改变催化剂体系中外给电子体种类的方法实现。即在不同反应器内加入具有不同氢调性能和聚合立构规整度的外给电子体，降低大分子的等规度，提高小分子的等规度，实现同时提高均聚聚丙烯管材料的刚性和韧性。

本发明的工艺中，丙烯聚合的催化剂包括但不仅限于Ziegler-Natta催化剂。使用的Ziegler-Natta催化剂已被大量公开，优选具有高立构选择性的催化剂，此处所述的“高立构选择性的Ziegler-Natta催化剂”是指可以制备全同立构指数大于95％的丙烯均聚物。此类催化剂通常含有(1)固体催化剂组分，优选为含钛的固体催化剂活性组分；(2)有机铝化合物助催化剂组分；(3)和任选地加入外给电子体组分。

可供使用的这类固体催化剂组分的具体实例公开在CN85100997、CN98126383.6、CN98111780.5、CN98126385.2、CN93102795.0、CN00109216.2、CN99125566.6、CN99125567.4和CN02100900.7中。所述的催化剂可以直接使用，也可以经过预络合和/或预聚合后加入。CN85100997、CN93102795.0、CN98111780.5和CN02100900.7中所描述的催化剂，用于本发明特别具有优势。

助催化剂组分为有机铝化合物，优选烷基铝化合物，更优选三烷基铝，例如：三乙基铝、三异丁基铝、三正丁基铝等，其中固体催化剂组分与有机铝化合物之比以Ti/Al摩尔比计为1∶25～1∶100。