一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺及生产线的制作方法

本发明涉及呼吸防护材料领域技术，尤其是指一种用于制造口罩中间层熔喷无纺布的绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺。

背景技术：

自从2019年底新型冠状肺炎爆发以来，各地陆续出公共场所必须佩戴口罩的规定，口罩等医疗卫生产品成为最重要的呼吸防护用品，佩戴口罩逐步成为人们出行的习惯性行为。口罩特别是医用口罩，在做好呼吸防护、阻止呼吸性疾病等方面将起到至关重要的作用。

医用口罩一般由三层无纺布构成。外层和内层由纺粘无纺布制成，纺粘无纺布是由直径均匀的纺粘聚合物纤维构成，纤维细度较大，强度较好，具有通气性好、吸水性好（内层）、防渗透性强（外层）、手感好、密合性强、柔软、轻盈等优点。中间层由熔喷无纺布制成，所用熔喷聚合物纤维具有纤维超细、长短不一的特点，使得熔喷无纺布微观上呈现纤维尺寸较小、比表面积大、孔隙率高、强度较弱，超细纤维的高覆盖率也赋予了熔喷无纺布高效的深层过滤性能、良好的阻菌性能、低空气阻力等显著优点。考虑到产率、能耗等因素，实际生产中多采用熔指（熔体质量流动速率）较高的聚合物原料。

然而，由于目前市面上熔喷无纺布材料选择不当，以及制作工艺不够完善，造成现有技术存在以下缺点：

（1）大多数熔喷无纺布产品原料采用含邻苯二甲酸酯类塑化剂的催化剂聚合而成的粉料，而塑化剂对人体的危害非常大，可能会导致人们患癌、不孕、小孩性早熟、损害生殖器、伤害基因遗传给下一代等。

（2）熔喷无纺布产品有气味、异味。

用于熔喷无纺布生产的原料高熔指聚丙烯，在生产上采用低熔指聚丙烯加入过氧化物降解生成的工艺。低熔指聚丙烯快速通过造粒挤出机料筒时，过氧化物来不及100%降解，降解反应无法彻底完结，残留的过氧化物，一方面会滞留在高熔指聚丙烯原料中随着时间的推移继续分解进而引发聚合反应，另一方面，也可能会附着在高熔指聚丙烯原料表面，或者从高熔指聚丙烯原料中迁移出来，进入原料的气体氛围中。分解和反应不彻底的残留过氧化物，在高温熔喷下会进入无纺布产品中，使得无纺布产品有气味，甚至异味。

（3）熔喷无纺布颜色偏黄。

熔喷无纺布颜色发黄，一方面可能与残留的过氧化物有关，另外一方面可能与高熔指聚丙烯原料的熔喷工艺有关，熔喷工艺控制不当，会引发高熔指聚丙烯老化，从而产生黄变。

（4）熔喷无纺布克重不稳定。

克重不稳定，主要与熔喷原料的均匀一致性有关，如高熔指聚丙烯分子量分布宽，熔指波动大，熔喷后超细纤维的纤网结构会出现不均匀的现象。熔指过低时，部分熔体细丝未完全牵引成纤维，即脱离喷丝孔进入无纺布，会造成克重不稳定的现象，甚至相对分子质量过高、粘度很大时会出现凝胶颗粒，造成克重不稳定。熔指过高时，部分熔体细丝被过度牵引，产生的超细超短纤维飞散到空中，甚至于无法收集，也会造成克重不稳定的现象。

（5）熔喷无纺布手感偏硬。

聚丙烯熔喷工艺生产的无纺布，如果熔指低，纤维较粗而且强度高，如果熔指高，纤维较细而且强度低，前者制成的无纺布手感较硬，后者则较软。

（6）产品优级品率低。

高熔指聚丙烯原料的性能不稳定，后续熔喷工艺难以准确控制，造成了无纺布产品优级品比率较低。

（7）高熔指聚丙烯生产过程中频繁换网、牵引料条断条。

由于高熔指聚丙烯生产过程中需要配置非常密的滤网，如果低熔指聚丙烯原料中灰分过高，含有过多杂质，则会堵塞滤网，严重影响生产效率和产品质量。频繁的更换滤网，也会造成断条，产生大量废料。灰分过高，也会造成熔喷无纺布生产过程喷丝板更换周期短。

（8）熔喷无纺布生产过程中断丝。

如果高熔指聚丙烯原料相对分子质量分布过宽，低相对分子质量聚丙烯含量过多，聚丙烯应力开裂就越厉害，无纺布生产过程中容易断丝，影响无纺布使用性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺及生产线，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺，包括以下步骤

（1）聚合反应

高纯度原料丙烯经丙烯精制系统除去聚合反应毒物：水、氧、乙醇和硫化物，然后由丙烯进料泵送入聚合反应系统进行聚合反应，不含塑化剂的淤浆催化剂经催化剂进料泵由催化剂容器进入聚合反应器，液体添加剂teal作为助催化剂加入聚合反应器入口循环气管道，给电子体经给电子体进料泵注入聚合反应器，氢气增压过滤后进入聚合反应器参与反应，聚合反应在聚合反应器中进行，反应温度为70±1℃，反应压力为3.1±0.2mpa，生产的树脂经密相输送进入脱气仓，含有烃、氮气混合物的输送气在脱气仓与树脂分离，去除夹带固体后进入排放气回收机，得到聚丙烯树脂粉料；

（2）造粒

将聚丙烯树脂粉料与添加剂按重量比例加入母料配制罐，用螺旋掺合器混合均匀，制成母料；添加剂含有抗氧剂300～2000ppm、稳定剂500～5000ppm、除酸剂300～1500ppm，；母料加入造粒挤出机，按重量比例逐步稳定加入过氧化物降解剂2000～200000ppm，通过造粒挤出机混炼、熔融、并经造粒挤出机料筒两次真空脱气后，从口模输出的料条进入冷却水槽冷却、吹风机脱气，经牵引进入风刀切粒后，进入振动筛得到合适粒径的高熔指聚丙烯颗粒，静置24小时以上，消除产品气味，然后包装成产品；

对高熔指聚丙烯颗粒进行熔指分析，频次至少一次/20分钟，调整工艺使熔指达到500-2000g/10min，相对分子质量分布＜3；

产品吹风机脱气设施出口温度40～60℃，以除去产品残留气味。

一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产线，其结构包括

一丙烯精制系统，丙烯精制系统通过丙烯进料泵接通于聚合反应系统的聚合反应器；

一聚合反应系统，聚合反应系统中有聚合反应器、催化剂容器、助催化剂容器、给电子体容器、氢气容器；所述催化剂容器通过催化剂进料泵连通到聚合反应器；所述助催化剂容器通过助催化剂进料泵连通到聚合反应器；所述给电子体容器通过给电子体进料泵连通到聚合反应器；所述氢气容器通过增压过滤装置连通到聚合反应器；

一脱气系统，脱气系统有脱气仓及排放气回收机，脱气仓与聚合反应器之间通过密相输送泵相连，且脱气仓与排放气回收机相连；

一造粒系统，造粒系统包含母料配制罐以及造粒挤出机、冷却水槽、吹风机以及干燥机；母料配制罐分别与抗氧剂容器、稳定剂容器、除酸剂容器、降解剂容器相连以接收这些添加剂；造粒挤出机接到母料配制罐中，造粒挤出机料筒有两级真空脱气结构，造粒挤出机的下游依次设置冷却水槽、吹风机、干燥机；

一打包系统，包括切料风刀、振动过筛机和自动包装机，切料风刀的输出连通至振动过筛机，最后由自动包装机打包料粒。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，

由于从源头精制丙烯的杂质含量开始进行控制，消除了生产过程中存在的催化剂活性弱、生产负荷不稳定等因素，提高了高熔指聚丙烯产品性能的稳定性，熔体流动性能好，具有较高水平的拉伸性、均匀性和可纺性，纺丝纤维分散性好，成网均匀，无并丝和飘丝现象，用于轻薄高性能产品中具有更好的适应性，并减少了材料消耗，提高了熔喷无纺布的产品优级品率。

五级脱气系统确保降解剂裂解率97%以上、有效地降低产品的气味，有助于解决熔喷无纺布颜色偏黄的问题。五级脱气包括聚合反应后树脂脱气系统、造粒挤出机真空脱气i、造粒挤出机真空脱气ii、抽气机脱气、成品静置脱气。

专用配方添加剂提高了聚丙烯基础料的耐热和耐氧化性能，与五级脱气系统配合作用，解决了熔喷无纺布专用聚丙烯产品黄色指数高、熔喷无纺布偏黄的问题，并进一步提高了熔喷无纺布专用聚丙烯料的加工性能，改善了熔喷无纺布的手感。

高活性高性能的催化剂及外给电子体体系可生产出高性能、低灰份的聚丙烯基础料，减少高熔指聚丙烯生产过程中频繁换网、牵引料条断条的问题。

通过调整降解剂的加入量，保证聚丙烯产品分子量分布窄而均匀，确保熔喷无纺布克重均匀、稳定，减少熔喷无纺布生产过程中断丝。

生产的高熔指聚合物颗粒，便于运输、储存和使用。

在生产过程中对工艺参数进行严格限定，保证了批次间的质量稳定，可以大大缓解目前国内因熔喷无纺布专用聚丙烯产品短缺、质量不稳定造成的口罩供应不足的局面。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产线示意图。

图2是本发明之实施例的绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺流程图。

附图标识说明：

10、丙烯精制系统11、丙烯进料泵

20、聚合反应系统21、聚合反应器

211、温度控制装置212、压力控制装置

22、催化剂容器221、催化剂进料泵

23、助催化剂容器231、助催化剂进料泵

24、给电子体容器241、给电子体进料泵

25、氢气容器251、增压过滤装置

30、脱气系统31、脱气仓

311、密相输送泵32、排放气回收机

40、造粒系统41、母料配制罐

412、抗氧剂容器413、稳定剂容器

414、除酸剂容器415、降解剂容器

42、造粒挤出机421、两级真空脱气结构

43、冷却水槽44、吹风机

45、干燥机50、打包系统

51、切料风刀52、振动过筛机

53、自动包装机。

具体实施方式

请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，是一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺，从原料丙烯到熔喷无纺布专用聚丙烯产品的制备过程及质量控制，解决了现有产品含塑化剂、气味偏大、颜色偏黄、重量不稳定、手感差、优级品率低等产品质量问题，以及现有生产工艺过程中加工性能不稳定的问题，可以生产出性能优异的绿色熔喷无纺布专用聚丙烯产品。

本发明的生产是基于自动化生产线，设备主要包括原料供应和精制、聚合反应器21、排放气回收机32、树脂脱气等。各设备依次相连组成生产线，可以自动输送、连续作业，减少人工干涉，从而降低成本，提高效率。具体而言，本发明的生产线可以参照示意图1：

丙烯精制系统10通过丙烯进料泵11接通于聚合反应系统20的聚合反应器21。

聚合反应系统20中有聚合反应器21、催化剂容器22、助催化剂容器23、给电子体容器24、氢气容器25等。这些容器例如可以是罐体。其中，所述催化剂容器通过催化剂进料泵221连通到聚合反应器21。所述助催化剂容器23通过助催化剂进料泵231连通到聚合反应器21。所述给电子体容器24通过给电子体进料泵241连通到聚合反应器21。所述氢气容器25通过增压过滤装置251连通到聚合反应器21。

该聚合反应器21上设置温度控制装置211和压力控制装置212。温度控制装置211包括加热器和温度感应器，当温度感应器侦测到聚合反应器21的温度高于预设值上限时，则停止加热；当侦测到聚合反应器21的温度低于预设值下限时，开启动加热，从而保证聚合反应在特定温度下完成。压力控制装置212包括设置在聚合反应器21主管路上的压力传感器以及与各容器输送管路联锁的控制器，当压力传感器侦测到聚合反应器21的是压力高于预设值上限时，关闭则停止各容器的来料输入；当侦测到聚合反应器21的压力低于预设值下限时，开启输送管路中的控制器，控制器例如为阀。

脱气系统30：脱气仓31与聚合反应器21之间通过密相输送泵311相连，且脱气仓31与排放气回收机32相连。

造粒系统40包含母料配制罐41以及造粒挤出机42、冷却水槽43、吹风机44以及干燥机45。抗氧剂容器412通过抗氧剂输送泵接通至母料配制罐41。稳定剂容器413通过稳定剂输送泵接通至母料配制罐41。除酸剂容器414通过除酸剂输送泵连通至母料配制罐41。降解剂容器415通过降解剂输送泵连通至母料配制罐41。各容器例如是储液罐，除了连接泵之外，还可以有阀。母料配制罐41上还设置了螺旋掺合器，使母料与各溶剂充分混合均匀。

造粒挤出机42接到母料配制罐中，接收造料用母料。造粒挤出机42料筒有两级真空脱气结构421。造粒挤出机42的下游依次设置冷却水槽43、吹风机44、干燥机45。

打包系统的切料风刀51的输出连通至振动过筛机52，最后由自动包装机53打包料粒。

基于此，本发明的绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺，参考图2，包含以下步骤：

（1）聚合反应。

高纯度原料丙烯经丙烯精制系统10除去聚合反应毒物，如水、氧、乙醇和硫化物等，然后由丙烯进料泵11送入聚合反应系统进行聚合反应，不含塑化剂的淤浆催化剂经催化剂进料泵221由催化剂容器进入聚合反应器，液体添加剂teal作为助催化剂加入聚合反应器，给电子体经给电子体进料泵241注入聚合反应器，氢气增压过滤后进入聚合反应器参与反应。聚合反应在聚合反应器中进行，反应温度为70±1℃，反应压力为3.1±0.2mpa，生产的树脂经密相输送进入脱气仓31，含有烃、氮气混合物的输送气在脱气仓31与树脂分离，去除夹带固体后进入排放气回收机32，得到聚丙烯树脂粉料。

聚丙烯树脂粉料作为造粒基础料，进入造粒系统40。对聚丙烯树脂粉料物性的分析频次至少一次/1小时，保证分析数据及时准确。

（2）造粒。

将聚丙烯树脂粉料与添加剂加入母料配制罐41，用螺旋掺合器混合均匀，制成母料。添加剂含有抗氧剂300～2000ppm、稳定剂500～5000ppm、除酸剂300～1500ppm；

母料加入造粒挤出机，按重量比逐步稳定加入过氧化物降解剂到2000～200000ppm，通过造粒挤出机42混炼、熔融、并经造粒挤出机42料筒两次真空脱气后，从口模输出的料条进入冷却水槽43冷却、吹风机44脱气，经干燥后牵引进入风刀切粒，进入振动筛得到合适粒径的高熔指聚丙烯颗粒，然后包装成产品。

对高熔指聚丙烯颗粒进行熔指分析，频次至少一次/20分钟，调整工艺使熔指达到500-2000g/10min，相对分子质量分布＜3；

产品吹风机44脱气设施出口温度40～60℃，以除去产品残留气味。

本实施例中，绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺具有以下优势：

1、聚合反应采用丙烯聚合工艺，聚合反应采用纯度＞99.75%的原料丙烯、高活性高性能不含塑化剂的催化剂和外给电子体。

（1）高纯度原料丙烯分析数据无超标项，硫、醇类指标不超标，丙烯纯度达到99.75%以上；

（2）聚合反应的催化剂加入量保持稳定，按铝/硅比=2.0~5.0调整给电子体加入量，按铝/钛比=45~70调整teal加入量；

（3）聚丙烯树脂粉料熔指和二甲苯可溶物的分析频次至少一次/1小时，保证分析数据及时准确；

（4）聚丙烯树脂粉料分子量控制在50000~300000左右、等规指数≥95%、黄色指数控制在3以下；

（5）聚丙烯树脂粉料灰分控制在30-60ppm。

2、造粒过程采用专门配方添加剂，高活性降解剂。

（1）专用配方添加剂由抗氧剂、稳定剂和除酸剂按重量比配制。

（2）过氧化物降解剂采用高活性过氧化物，纯度>90%，活性氧含量>5%，加入重量比例为2000-20000ppm以上，根据其半衰期核算确保生产过程中过氧化物降解剂的裂解率>97%。

3、采用振动筛获得合格粒径产品，粒子静置24小时以上，消除产品气味。

由于从源头精制丙烯的杂质含量开始进行控制，消除了生产过程中存在的催化剂活性弱、生产负荷不稳定等因素，提高了高熔指聚丙烯产品性能的稳定性，熔体流动性能好，具有较高水平的拉伸性、均匀性和可纺性，纺丝纤维分散性好，成网均匀，无并丝和飘丝现象，用于轻薄高性能产品中具有更好的适应性，并减少了材料消耗，提高了熔喷无纺布的产品优级品率。

五级脱气系统30确保过氧化物降解剂裂解率97%以上、有效地降低产品的气味，有助于解决熔喷无纺布颜色偏黄的问题。五级脱气包括聚合反应后树脂脱气系统30、造粒挤出机42真空脱气i、造粒挤出机42真空脱气ii、抽气机脱气、成品静置脱气。成品静置脱气是指采用振动筛获得合格粒径产品，粒子静置24小时以上，消除产品气味。

专用配方添加剂提高了聚丙烯基础料的耐热和耐氧化性能，与五级脱气系统30配合作用，解决了熔喷无纺布专用聚丙烯产品黄色指数高、熔喷无纺布偏黄的问题，并进一步提高了熔喷无纺布专用聚丙烯料的加工性能，改善了熔喷无纺布的手感。

高活性高性能的催化剂及外给电子体体系可生产出高性能、低灰份的聚丙烯树脂粉料，减少高熔指聚丙烯生产过程中频繁换网、牵引料条断条的问题。

通过调整过氧化物降解剂的加入量，保证聚丙烯产品分子量分布窄而均匀，确保熔喷无纺布克重均匀、稳定，减少熔喷无纺布生产过程中断丝。

生产的高熔指聚丙烯颗粒，便于运输、储存和使用。

在生产过程中对工艺参数进行严格限定，保证了批次间的质量稳定，可以大大缓解目前国内因熔喷无纺布专用聚丙烯产品短缺、质量不稳定造成的口罩供应不足的局面。

应用例

以东莞巨正源科技有限公司60万吨/年丙烷脱氢制高性能丙烯项目为例，具体如下：

东莞巨正源科技有限公司依据本发明的一种绿色环保聚丙烯高速熔喷料的生产工艺，用于制备绿色环保聚丙烯高速熔喷料，生产步骤分为聚合反应和造粒两大部分，前期先去除纯度99.75%的原料丙烯的聚合反应毒物再进入反应器，反应器内加入催化剂、助催化剂、给电子体，聚合反应生产的树脂经密相输送进入脱气仓，含有烃、氮气混合物的输送气在脱气仓与树脂分离、去除夹带固体后进入排放气回收机。造粒过程是将聚丙烯树脂粉料与添加剂加入母料配制罐，用螺旋掺合器混合均匀制成母料，再经挤出机料筒两次真空脱气后，从口模输出的料条进入冷却水槽冷却、吹风机脱气，经牵引进入风刀切粒后，进入振动筛得到合适粒径的高熔体质量流动速率聚丙烯颗粒，静置脱气，然后包装成产品。按此工艺，绿色环保聚丙烯高速熔喷料的年产量可达到60万吨。

基于本发明制出用于生产口罩中间层熔喷无纺布的高熔指聚丙烯原料，当前已经投入生产熔喷无纺布，按照一吨熔喷布可生产普通一次性医用口罩约100万片来计算，所生产的熔喷布聚丙烯将可供6000万只口罩生产需求，将有效缓解当前医疗卫生材料紧缺的局面。并且经测试熔喷无纺布的纤维超细，小于10μm，大多数在1～4μm，颗粒过滤效率达95%以上。

聚丙烯熔喷专用料是以聚丙烯为基础原料，采用可控流变的方法和先进的共混改性工艺，生产具有较低分子量、较窄的相对分子质量分布的超高流动性熔喷专用料，熔指500-2000g/10min。聚丙烯熔喷专用料要求聚合物熔体粘度低、熔指稳定、灰分低、综合性能稳定。聚丙烯熔喷专用料可用于多个领域，包括但不限于：医疗卫生材料、保暖材料、过滤材料、吸油材料、电池隔膜材料、环境保护材料等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。