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摘要：讲述了通氮气方法与加入抗氧剂方法测量熔融指数值之间存差异的原因，阐述了这两种方法在聚丙烯熔融指数的测定过程中影响测量结果的的各种影响因素，并对两种方法的适用性进行了评价。
关键词： 聚丙烯 熔融指数 抗氧剂
一、前言
热塑性聚合物熔体的流动行为对于聚合物的制备与加工具有很大意义，因此必须用一些材料性质和流动过程参数对流动现象作定量描述。熔体流动速率（MFR）测定是在较低的剪切速度下度量聚合物熔体的流变性质的一种手段。现已被广泛地应用于工业上衡量同一类型聚合物的分子量及分子量分布，并做为考虑对该聚合物所应采用的加工工藝条件等间题的一个重要参数【1】。
熔体流动速率（MFR），是指聚合物熔体在一定温度（230℃）、一定负荷（2160g），熔体每10分钟通过标准口模（2.095mm）的重量。MFR越大，聚合物熔体的流动性越好，平均分子量越低。聚丙烯粉料的MFR是通过加氢来调节的，只有研究MFR的变化规律，才能有效地控制产品的MFR分布。影响MFR控制的关键取决于操作的氢调手段，氢调是通过气相中氢气的溶解、扩散和吸附后参与聚合来达到的。随着氢气与丙烯质量比（即氢烯比）增大，聚丙烯的相对分子量相应变小，MFR相应增大 。
在相同的等规指数下，MFR升高，聚丙烯链均分子量减少，屈服拉伸强度升高，冲击强度下降；当MFR降低时，聚丙烯的断裂伸长率增大。因此，在生产中应控制好MFR的分布，从而提高聚丙烯的质量和加工性能。影响MFR的因素，催化剂的性能、工艺过程参数、原料配比、操作的氢调手断等都是影响MFR的主要因素。
熔融指数的数据可以用来区别各种热塑性高聚物在熔融状态时流动性的好坏是一个树脂在低速剪切作用下流动性质好坏评价的指标，根据熔融指数数据对实际成型加工工艺有一定的借鉴作用。对同一种高聚物，还可以用熔融指数来比较高聚物分子量大小，作为生产上的品质控制。在大规模的PP生产中，聚合工艺根据熔融指数的变化对氢气加入量，反应温度，反应压力，丙烯加入量等参数进行调节。因此熔融指数测量的准确性对生产出稳定合格的产品有相当大的指导作用。目前分析熔融指数方法有两种分别是通氮气法和添加剂法。下面选取神华包头煤化工生产的L5E89粉料分别用这两种方法进行实验，通过实验分析，争取研究出更加准确，快速，稳定的分析步骤和方法，能够为生产装置提供稳定准确的数据，能够及时应用到工艺调整当中去。
二、实验部分
2.1、实验设备
半自动熔融指数仪 CEAST公司
精确值1/100克的天平 梅特勒公司
50ml塑料烧杯 天津玻璃仪器厂
2.2、实验原材料
聚丙烯粉料牌号L5E89 神华包头煤化工有限责任公司
混合抗氧剂 DOW公司
0.5bar氮气 盈德气体公司
2.3、实验方案
2.3.1 通过实验得出最佳通氮气吹扫时间。
2.3.2 通过实验得出通氮气吹扫法加入粉料最佳质量。
2.3.3 通过实验得出加添加剂法最佳预热时间。
2.3.4 综合以上结论进行对比实验。
三 实验结果与讨论
3.1 样品质量固定改变通N2吹扫时间测试实验的结果与讨论
分别称量3g聚丙烯L5E89的样品在不同氮气吹扫料筒时间下进行熔融指数测定实验，由表1和图1可看出氮气吹扫时间小于40秒时，融指受氮气吹扫时间影响相当大。当氮气吹扫时间不低于40秒时融指随着吹扫时间的延长并没有明显的降低。因此我们可以得出氮气吹扫40秒后料筒内空气被排除充满了氮气，达到了排除空气的效果，不需要在延长通氮气时间。为了更好的排除空气下面的实验我们将氮气吹扫时间暂定为50秒钟。
表1 样品质量固定不同通N2时间实验结果
编号
项目 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
通N2时间/S 10 20 30 40 50 60 70 80
MFRg/10min 8.66 8.34 7.79 7.68 7.70 7.66 7.71 7.72
图1 不同通N2吹扫时间测试出MFR结果图
（8种样品与表1相对应）
3.2 固定N2吹扫时间改变样品质量测试实验的结果与讨论
由表2和图2可看出在N2吹扫时间固定在50秒的情况下，当加料量小于2.5克时物料不能充满料筒，在预热过程中有空气进入使树脂发生降解所以测试结果偏大。但加料量也不是越多越好，当加料量大于4克时，存在加样时间过长和试样粘在料口很难及时的加入到料筒内，因而使空气混入树脂内进入料筒，并在预热过程使树脂降解，导致测试结果变大。
由图2可以看出加样量在2.5g—4g之间时MFR相对稳定，测试结果与4.1实验结果相吻合，由此我们得出结论加样量在3g—3.5g之间为最优选择。接下来的比实验我们选择试样质量为3.2g
表2 氮气吹扫时间固定样品质量不同实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0
通N2时间/S 50 50 50 50 50 50 50 50
MFRg/10min 10.42 8.56 7.73 7.96 8.90 9.64 9.67 9.62
图2 不同样品质量测试结果图
（8种样品与表2相对应）
3.3 树脂与添加剂混合均匀后选择不同的预热时间进行实验的结果与讨论 由图3和表3可以看出1、2、3号样品测定MFR值变化不大相对稳定。但从4号样开始测定结果变有了较大的增大，预热时间延长添加剂会不断的被消耗，添加剂在树脂内的含量一定，而且分布也不均匀，因此随着预热时间的延长MFR会逐渐增大。
通过实验可看出预热时间在280秒—320秒时MFR测试值相对稳定准确。在对比试验中选择预热时间为300秒
表3 添加剂样在不同预热时间条件下的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6
样品质量/g 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
添加剂含量% 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
预热时间/S 240 280 320 360 400 440
MFRg/10min 3.38 3.37 3.40 3.48 3.53 3.61
表5 加添加剂样的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3 3 3 3 3 3 3 3
预热时间/S 300 300 300 300 300 300 300 300
添加剂含量 % 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
MFR g/10min 3.4 3.35 3.38 3.37 3.72 3.65 3.56 3.58
图4 通氮气与加添加剂样实验数据对比
（8种样品对应表4、表5）
图3 加入添加剂的粉料不同预热时间的MFR测试结果图
（6种样品与表3对应）
3.4 通N2吹扫法和加入添加剂法在相同样品量、加热时间下实验的结果与讨论
由图4可看出氮气吹扫实验结果与加入添加剂样品测试结果相差较大，说明氮气吹扫法不能很好的控制PP的降解，与真实值相差较远，对工艺的指导作用不大，只能提供一个变化趋势，添加剂法加入的添加剂配比与工艺造粒相同，实验出的数据可以给聚合装置和造粒装置的工艺调整提供有力的指导数据。因此我们
表4 通氮气样的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3 3 3 3 3 3 3 3
预热时间/S 300 300 300 300 300 300 300 300
通N2时间/S 50 50 50 50 50 50 50 50
MFR g/10min 7.74 7.58 7.45 7.82 7.95 8.11 7.89 8.31
四、总结
5.1 氮气吹扫分析中，氮气的流速不能过快，太快会使料筒热量被带走，料筒温度降低。
5.2 氮气吹扫时间不宜过长或过短，过长浪费时间，过短料筒内空气未排净。
5.3 氮气吹扫实验加样量要考虑的MFR大小和聚合物受热降解等因素。加样量过大或过小都会影响结果的准确性。
5.4 固定添加剂加入量，预热时间越长，添加剂被消耗的越多，树脂降解的越多，树脂流动性增大，熔融指数变大。根据熔融指数的不同应选择合适的预热时间。
5.5 通过两种方法分析数据的比较可看出，加入添加剂的分析方法測试结果接近真实值，通氮气法测试结较真实值偏离较大，如果使用通氮气法指导工艺还应引入校正因子对实验数据进行校正比较麻烦，因此我们选用加入添加剂法进行实验分析。添加剂的加入量与工艺造粒加入量一致，这样对后续造粒添加剂的加入量也起到了指导作用。
5.6 通过以上的熔体流动速率（MFR）分析可以看出，在高温、含氧量高的条件下，聚丙烯氧化速度大幅度提高，因此在加工和使用聚丙烯产品中想要获得耐高温，方氧化性能优良的产品，必须经过树脂改性，通过添加填充剂，改性剂，稳定剂，接枝单体等方法来改善聚丙烯的性能，使之能达到我们所需要的产品性能标准。
5.7 熔体流动速率（MFR）越大，聚合物熔体的流动性越好，平均分子量越低，只有研究MFR的变化规律，才能及时有效地控制氢气与丙烯质量比（即氢烯比），从而对产品的分子量分布范围和MFR进行有效控制。
参考文献：
1、 佘贤万；；影响聚丙烯产品熔融指数的因素探讨[A]；苏、冀、皖、赣、鄂石油学会第22届学术年会论文集[C]；2004年
关键词： 聚丙烯 熔融指数 抗氧剂
一、前言
热塑性聚合物熔体的流动行为对于聚合物的制备与加工具有很大意义，因此必须用一些材料性质和流动过程参数对流动现象作定量描述。熔体流动速率（MFR）测定是在较低的剪切速度下度量聚合物熔体的流变性质的一种手段。现已被广泛地应用于工业上衡量同一类型聚合物的分子量及分子量分布，并做为考虑对该聚合物所应采用的加工工藝条件等间题的一个重要参数【1】。
熔体流动速率（MFR），是指聚合物熔体在一定温度（230℃）、一定负荷（2160g），熔体每10分钟通过标准口模（2.095mm）的重量。MFR越大，聚合物熔体的流动性越好，平均分子量越低。聚丙烯粉料的MFR是通过加氢来调节的，只有研究MFR的变化规律，才能有效地控制产品的MFR分布。影响MFR控制的关键取决于操作的氢调手段，氢调是通过气相中氢气的溶解、扩散和吸附后参与聚合来达到的。随着氢气与丙烯质量比（即氢烯比）增大，聚丙烯的相对分子量相应变小，MFR相应增大 。
在相同的等规指数下，MFR升高，聚丙烯链均分子量减少，屈服拉伸强度升高，冲击强度下降；当MFR降低时，聚丙烯的断裂伸长率增大。因此，在生产中应控制好MFR的分布，从而提高聚丙烯的质量和加工性能。影响MFR的因素，催化剂的性能、工艺过程参数、原料配比、操作的氢调手断等都是影响MFR的主要因素。
熔融指数的数据可以用来区别各种热塑性高聚物在熔融状态时流动性的好坏是一个树脂在低速剪切作用下流动性质好坏评价的指标，根据熔融指数数据对实际成型加工工艺有一定的借鉴作用。对同一种高聚物，还可以用熔融指数来比较高聚物分子量大小，作为生产上的品质控制。在大规模的PP生产中，聚合工艺根据熔融指数的变化对氢气加入量，反应温度，反应压力，丙烯加入量等参数进行调节。因此熔融指数测量的准确性对生产出稳定合格的产品有相当大的指导作用。目前分析熔融指数方法有两种分别是通氮气法和添加剂法。下面选取神华包头煤化工生产的L5E89粉料分别用这两种方法进行实验，通过实验分析，争取研究出更加准确，快速，稳定的分析步骤和方法，能够为生产装置提供稳定准确的数据，能够及时应用到工艺调整当中去。
二、实验部分
2.1、实验设备
半自动熔融指数仪 CEAST公司
精确值1/100克的天平 梅特勒公司
50ml塑料烧杯 天津玻璃仪器厂
2.2、实验原材料
聚丙烯粉料牌号L5E89 神华包头煤化工有限责任公司
混合抗氧剂 DOW公司
0.5bar氮气 盈德气体公司
2.3、实验方案
2.3.1 通过实验得出最佳通氮气吹扫时间。
2.3.2 通过实验得出通氮气吹扫法加入粉料最佳质量。
2.3.3 通过实验得出加添加剂法最佳预热时间。
2.3.4 综合以上结论进行对比实验。
三 实验结果与讨论
3.1 样品质量固定改变通N2吹扫时间测试实验的结果与讨论
分别称量3g聚丙烯L5E89的样品在不同氮气吹扫料筒时间下进行熔融指数测定实验，由表1和图1可看出氮气吹扫时间小于40秒时，融指受氮气吹扫时间影响相当大。当氮气吹扫时间不低于40秒时融指随着吹扫时间的延长并没有明显的降低。因此我们可以得出氮气吹扫40秒后料筒内空气被排除充满了氮气，达到了排除空气的效果，不需要在延长通氮气时间。为了更好的排除空气下面的实验我们将氮气吹扫时间暂定为50秒钟。
表1 样品质量固定不同通N2时间实验结果
编号
项目 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
通N2时间/S 10 20 30 40 50 60 70 80
MFRg/10min 8.66 8.34 7.79 7.68 7.70 7.66 7.71 7.72
图1 不同通N2吹扫时间测试出MFR结果图
（8种样品与表1相对应）
3.2 固定N2吹扫时间改变样品质量测试实验的结果与讨论
由表2和图2可看出在N2吹扫时间固定在50秒的情况下，当加料量小于2.5克时物料不能充满料筒，在预热过程中有空气进入使树脂发生降解所以测试结果偏大。但加料量也不是越多越好，当加料量大于4克时，存在加样时间过长和试样粘在料口很难及时的加入到料筒内，因而使空气混入树脂内进入料筒，并在预热过程使树脂降解，导致测试结果变大。
由图2可以看出加样量在2.5g—4g之间时MFR相对稳定，测试结果与4.1实验结果相吻合，由此我们得出结论加样量在3g—3.5g之间为最优选择。接下来的比实验我们选择试样质量为3.2g
表2 氮气吹扫时间固定样品质量不同实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0
通N2时间/S 50 50 50 50 50 50 50 50
MFRg/10min 10.42 8.56 7.73 7.96 8.90 9.64 9.67 9.62
图2 不同样品质量测试结果图
（8种样品与表2相对应）
3.3 树脂与添加剂混合均匀后选择不同的预热时间进行实验的结果与讨论 由图3和表3可以看出1、2、3号样品测定MFR值变化不大相对稳定。但从4号样开始测定结果变有了较大的增大，预热时间延长添加剂会不断的被消耗，添加剂在树脂内的含量一定，而且分布也不均匀，因此随着预热时间的延长MFR会逐渐增大。
通过实验可看出预热时间在280秒—320秒时MFR测试值相对稳定准确。在对比试验中选择预热时间为300秒
表3 添加剂样在不同预热时间条件下的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6
样品质量/g 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
添加剂含量% 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
预热时间/S 240 280 320 360 400 440
MFRg/10min 3.38 3.37 3.40 3.48 3.53 3.61
表5 加添加剂样的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3 3 3 3 3 3 3 3
预热时间/S 300 300 300 300 300 300 300 300
添加剂含量 % 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
MFR g/10min 3.4 3.35 3.38 3.37 3.72 3.65 3.56 3.58
图4 通氮气与加添加剂样实验数据对比
（8种样品对应表4、表5）
图3 加入添加剂的粉料不同预热时间的MFR测试结果图
（6种样品与表3对应）
3.4 通N2吹扫法和加入添加剂法在相同样品量、加热时间下实验的结果与讨论
由图4可看出氮气吹扫实验结果与加入添加剂样品测试结果相差较大，说明氮气吹扫法不能很好的控制PP的降解，与真实值相差较远，对工艺的指导作用不大，只能提供一个变化趋势，添加剂法加入的添加剂配比与工艺造粒相同，实验出的数据可以给聚合装置和造粒装置的工艺调整提供有力的指导数据。因此我们
表4 通氮气样的实验结果
项目/序号 1 2 3 4 5 6 7 8
样品质量/g 3 3 3 3 3 3 3 3
预热时间/S 300 300 300 300 300 300 300 300
通N2时间/S 50 50 50 50 50 50 50 50
MFR g/10min 7.74 7.58 7.45 7.82 7.95 8.11 7.89 8.31
四、总结
5.1 氮气吹扫分析中，氮气的流速不能过快，太快会使料筒热量被带走，料筒温度降低。
5.2 氮气吹扫时间不宜过长或过短，过长浪费时间，过短料筒内空气未排净。
5.3 氮气吹扫实验加样量要考虑的MFR大小和聚合物受热降解等因素。加样量过大或过小都会影响结果的准确性。
5.4 固定添加剂加入量，预热时间越长，添加剂被消耗的越多，树脂降解的越多，树脂流动性增大，熔融指数变大。根据熔融指数的不同应选择合适的预热时间。
5.5 通过两种方法分析数据的比较可看出，加入添加剂的分析方法測试结果接近真实值，通氮气法测试结较真实值偏离较大，如果使用通氮气法指导工艺还应引入校正因子对实验数据进行校正比较麻烦，因此我们选用加入添加剂法进行实验分析。添加剂的加入量与工艺造粒加入量一致，这样对后续造粒添加剂的加入量也起到了指导作用。
5.6 通过以上的熔体流动速率（MFR）分析可以看出，在高温、含氧量高的条件下，聚丙烯氧化速度大幅度提高，因此在加工和使用聚丙烯产品中想要获得耐高温，方氧化性能优良的产品，必须经过树脂改性，通过添加填充剂，改性剂，稳定剂，接枝单体等方法来改善聚丙烯的性能，使之能达到我们所需要的产品性能标准。
5.7 熔体流动速率（MFR）越大，聚合物熔体的流动性越好，平均分子量越低，只有研究MFR的变化规律，才能及时有效地控制氢气与丙烯质量比（即氢烯比），从而对产品的分子量分布范围和MFR进行有效控制。
参考文献：
1、 佘贤万；；影响聚丙烯产品熔融指数的因素探讨[A]；苏、冀、皖、赣、鄂石油学会第22届学术年会论文集[C]；2004年