聚烯烃——从基础到高性能化

聚烯烃作为重要的石化产品，是指由乙烯、丙烯、丁烯或其它烯烃聚合而成的热塑性高分子材料。乙烯和丙烯是石化产业链中的核心基础材料，其下游衍生产品众多，也可以说目前市场上常见的大部分有机化工产品是从烯烃发展而来的，其重要性不言而喻。聚烯烃在石化产业链中占有重要的战略地位，它既是满足人民衣食住行必不可少的通用原料，也是我国航空航天、国防军工、先进制造等高端制造业的基础材料，直接影响着国民经济的发展及人民生活水平的提高。目前，聚烯烃已成为全球聚合物市场上用量的产品，其中聚乙烯及聚丙烯约占总树脂用量的2/3。 
近年来,我国聚烯烃产业已经取得了长足的进步,为国民经济发展作出了积极贡献。由于我国的聚烯烃产业是从20世纪70年代引进技术和装备起步的,相当长的一段时间内,都是以消化吸收为主，总体上与发达国家相比还有差距，自主研发能力起步晚、高端聚烯烃产品对外依存度高。随着国民经济和社会的发展，国内聚烯烃需求持续增长，而聚烯烃在大棚薄膜、包装材料、医药领域方面的应用也日益广泛，国内聚烯烃产业仍将保持每年8%～10%的增长。高端聚烯烃产品在新能源材料、航天航空、军工等产业中发挥了重要支撑作用。关键战略新型材料已成为创新和国防发展的重点，因此，聚烯烃的高性能化是我们今后研究和发展的方向。 
为了总结国内聚烯烃科研进展和产业化成果，促进国内聚烯烃产品开发行稳致远、产业高质量发展，中国化工学会组织聚烯烃行业七十余名专家学者撰写了《聚烯烃——从基础到高性能化》一书。 
本书共分14章，对聚烯烃从原材料发展到产品应用、从工艺技术创新到产品性能高端化等多角度进行了全面阐述。具体包括聚烯烃原料、聚合反应和催化剂、聚合工艺、工程与设备、产品与应用，产品功能化及改性技术、添加剂、加工技术、结构表征、性能评价及产品认证，聚烯烃产业与市场展望、聚烯烃废弃物资源化利用技术。内容涉及了从基础研究到工艺开发，到牌号开发，到加工应用、回收利用的全产业链，既注重基础研究，也注重产品研发。希望本书的出版能够为聚烯烃产业的转型升级和可持续发展，推动产品多元化、高端化、差异化发挥积极作用，为聚烯烃产业科研人员、技术与管理人员和高校师生提供参考。 
本书编写过程中，得到了中国石油、中国石化科研院所、浙江大学等相关单位的大力支持，在此对所有参与本书撰写的各位专家、学者付出的辛勤劳动和智慧结晶表示诚挚感谢。限于编写人员的时间与精力，本书难免存在疏漏和不足，热忱希望广大读者提出宝贵意见和建议。 
真诚期待本书能使读者从中获得启迪和裨益。 

编者 
2023年1月

该书主要对聚烯烃原料、烯烃聚合反应和催化剂、聚合工艺、聚合反应技术、聚合反应工程与设备、聚烯烃产品与应用、聚烯烃功能化及改性技术、聚烯烃添加剂、聚烯烃加工技术、聚烯烃结构表征、聚烯烃性能评价及产品认证、聚烯烃产业与市场展望、聚烯烃废弃物资源化利用技术等进行了详细的论述。本书适合聚烯烃产业上下游相关科研人员、生产技术与管理人员、设计人员，以及高校相关专业的师生阅读参考。

该书主要对聚烯烃原料、烯烃聚合反应和催化剂、聚合工艺、聚合反应技术、聚合反应工程与设备、聚烯烃产品与应用、聚烯烃功能化及改性技术、聚烯烃添加剂、聚烯烃加工技术、聚烯烃结构表征、聚烯烃性能评价及产品认证、聚烯烃产业与市场展望、聚烯烃废弃物资源化利用技术等进行了详细的论述。本书适合聚烯烃产业上下游相关科研人员、生产技术与管理人员、设计人员，以及高校相关专业的师生阅读参考。

中国化工学会(CIESC)是由中华化学工业会和中国化学工程学会合并而成的, 中华化学工业会于1922年4月23日在北京成立, 中国化学工程学会于1930年2月在美国麻省理工学院成立。1959年中国化工学会曾与中国化学会合并成立中国化学化工学会, 1963年又分为两个学会。1956年加入全国自然科学专门学会联合会(科联)。　　中国化工学会下设化学工程、生物化工、信息技术化工应用、工业水处理、化工机械、化工自动化及仪表、石油化工、煤化工、化肥、农药、染料、涂料与涂装、橡胶、无机酸碱盐、矿业工程、化工新材料、化工环保、化工安全、特种化工、离子液体等21个专业委员会。

第1章绪论0001 
1.1概述0002 
1.2聚烯烃0002 
1.2.1聚乙烯0002 
1.2.2聚丙烯0003 
1.2.3聚1-丁烯0003 
1.3发展历史0004 
1.3.1催化剂0004 
1.3.2工艺技术0005 
1.3.3产品应用0005 
1.4展望0006 
参考文献0008 

第2章聚烯烃原料0009 
2.1烯烃的供需状况分析0010 
2.1.1乙烯市场的供需状况0010 
2.1.2丙烯市场的供需状况0010 
2.2国内外乙烯生产技术现状与进展0010 
2.2.1蒸汽裂解技术0011 
2.2.2甲醇制烯烃技术0012 
2.2.3催化裂解技术0012 
2.2.4原油直接裂解制乙烯技术0013 
2.2.5生物乙醇脱水制乙烯技术0014 
2.2.6甲烷直接制乙烯技术0014 
2.2.7合成气直接制乙烯技术0015 
2.2.8乙烯生产路线的比较0015 
2.3国内外丙烯生产技术现状与进展0016 
2.3.1蒸汽裂解技术0016 
2.3.2炼厂催化裂化多产丙烯技术0016 
2.3.3丙烷脱氢生产丙烯技术0018 
2.3.4甲醇制丙烯技术0019 
2.3.5烯烃歧化生产丙烯技术0020 
2.3.6烯烃裂解增产丙烯技术0020 
2.3.7丙烯生产路线的比较0021 
参考文献0021 

第3章烯烃聚合反应和催化剂0025 
3.1Z-N聚乙烯催化剂0026 
3.1.1淤浆Z-N聚乙烯催化剂0026 
3.1.2气相Z-N聚乙烯催化剂0033 
3.2Z-N聚丙烯催化剂0034 
3.2.1Z-N催化剂发展历程0034 
3.2.2Z-N主催化剂组成0037 
3.2.3主催化剂的制备工艺0037 
3.2.4给电子体技术0042 
3.2.5助催化剂0060 
3.2.6Z-N催化剂作用机理0061 
3.2.7Z-N催化剂聚合反应机理0065 
3.2.8Z-N催化剂种类及供应0072 
3.2.9Z-N催化剂发展展望0086 
3.3铬系聚乙烯催化剂0087 
3.3.1铬系催化剂的发展历程0087 
3.3.2铬系催化剂的制备及其结构性能0087 
3.3.3聚合机理0091 
3.3.4铬系催化剂生产商0092 
3.4单活性中心催化剂0093 
3.4.1茂金属催化剂发展及其结构0094 
3.4.2茂金属催化剂制备产品0101 
3.4.3非茂单活性中心催化剂0105 
3.4.4单活性中心催化剂发展展望0114 
参考文献0114 

第4章聚合工艺0131 
4.1概述0132 
4.1.1聚烯烃0132 
4.1.2聚乙烯的生产0132 
4.1.3聚丙烯的生产0133 
4.1.4其它聚烯烃产品的生产0134 
4.2聚乙烯生产工艺0134 
4.2.1聚乙烯工艺发展历史0134 
4.2.2气相流化床聚合工艺0135 
4.2.3淤浆聚合工艺0139 
4.2.4溶液聚合工艺0143 
4.2.5高压聚合工艺0144 
4.2.6聚乙烯工艺技术发展方向0146 
4.3聚丙烯生产工艺0146 
4.3.1聚丙烯工艺发展历程0146 
4.3.2淤浆聚合工艺0147 
4.3.3液相本体工艺0149 
4.3.4气相聚合工艺0154 
4.3.5聚丙烯工艺技术发展方向0161 
4.4聚1-丁烯生产工艺0161 
4.4.1聚1-丁烯0162 
4.4.2聚1-丁烯工艺技术0167 
4.5聚烯烃弹性体生产工艺0170 
4.5.1引言0170 
4.5.2分子设计及聚合原理0170 
4.5.3生产工艺0177 
4.5.4POE工艺技术发展方向0179 
4.6其它聚烯烃材料的制备0180 
4.6.1聚异丁烯0180 
4.6.2间规聚丙烯0183 
4.6.3聚4-甲基-1-戊烯0187 
4.6.4环烯烃聚合物0189 
参考文献0195 

第5章聚合反应技术0205 
5.1乙烯低压气相聚合技术0206 
5.1.1干法气相聚合0206 
5.1.2超干法气相聚合0208 
5.1.3冷凝态聚合0209 
5.1.4超冷凝态聚合0211 
5.1.5气液固云（雾）聚合0214 
5.1.6的两种乙烯气相聚合模式0217 
5.1.7小结与展望0218 
5.2丙烯多相聚合技术0218 
5.2.1多相聚丙烯颗粒结构分析0218 
5.2.2多相多粒模型建立与模拟0222 
5.2.3影响因素分析0223 
5.3“全组分”聚烯烃反应组合技术0227 
5.3.1技术回顾0227 
5.3.2聚合反应器共混技术0229 
5.3.3多活性位烯烃聚合技术0231 
5.3.4链穿梭和活性中心的分子开关技术0236 
5.3.5活性中心的负载技术0242 
5.3.6乙烯串级催化聚合技术0247 
5.3.7多活性中心催化技术在烯烃聚合的应用0252 
5.3.8多反应器与多催化活性位组合的聚合技术0259 
5.4乙烯高压自由基聚合技术0265 
5.4.1高压聚乙烯工艺0265 
5.4.2乙烯聚合机理与动力学0266 
5.4.3乙烯共聚合动力学0270 
5.4.4引发剂及其复配0271 
5.4.5热力学、物性和传递特性0274 
5.4.6高压LDPE反应器的数学模拟0281 
5.4.7再论引发剂优选与聚乙烯牌号拓展0294 
5.5乙烯溶液聚合技术0297 
5.5.1乙烯/1-丁烯溶液聚合动力学0298 
5.5.2乙烯/1-辛烯溶液聚合动力学0301 
5.5.3溶液聚合工艺0305 
5.5.4LLDPE溶液聚合工业案例分析0314 
5.5.5溶液聚合专利技术选论0317 
5.5.6高压催化聚合0325 
参考文献0332 

第6章聚合反应工程与设备0345 
6.1聚合工程设备0346 
6.1.1聚合反应器0346 
6.1.2釜式高压聚合反应器可靠性分析0348 
6.1.3催化剂配制设备0361 
6.1.4轴流泵0361 
6.1.5循环气压缩机0362 
6.1.6循环气冷却器0363 
6.1.7原料精制0364 
6.2后处理工程设备0365 
6.2.1聚合物脱气0365 
6.2.2挤出造粒0365 
6.2.3气力输送和产品均化0367 
6.3能量综合平衡优化0369 
6.3.1高压装置的蒸汽0369 
6.3.2原料及公用工程消耗0369 
6.4烯烃聚合过程的自动化0370 
6.4.1先进过程控制0370 
6.4.2过程监控软件包0380 
6.5安全、环保及尾气治理0382 
6.5.1安全与职业卫生0382 
6.5.2环保标准及尾气挥发性有机物治理0386 
参考文献0393 

第7章聚烯烃产品与应用0397 
7.1聚乙烯0398 
7.1.1低密度聚乙烯0398 
7.1.2高密度聚乙烯0399 
7.1.3线型低密度聚乙烯0400 
7.1.4茂金属线型低密度聚乙烯0401 
7.1.5超高分子量聚乙烯0402 
7.1.6乙烯与乙酸乙烯酯共聚物0402 
7.1.7乙烯与其他单体共聚物0403 
7.1.8乙烯与乙酸乙烯酯共聚物弹性体（EVM）0404 
7.2聚丙烯0404 
7.2.1常规聚丙烯0404 
7.2.2茂金属聚丙烯0405 
7.2.3极性聚丙烯0405 
7.3聚1-丁烯0406 
7.3.1管材0407 
7.3.2薄膜0409 
7.3.3电缆与纤维0409 
7.3.4复合共混0410 
7.3.5其他用途0411 
7.4聚烯烃弹性体和塑性体0411 
7.4.1乙烯基弹性体和塑性体0411 
7.4.2丙烯基弹性体和塑性体0413 
7.4.3烯烃嵌段共聚物0413 
7.4.4应用与典型牌号0413 
参考文献0415 

第8章聚烯烃功能化及改性技术0417 
8.1概述0418 
8.2聚烯烃前功能化0418 
8.2.1聚烯烃前功能化原理0418 
8.2.2乙烯-乙酸乙烯酯共聚物0421 
8.2.3乙烯-乙烯醇共聚物0425 
8.2.4乙烯-丙烯酸共聚物0430 
8.2.5反应器聚合热塑性聚烯烃弹性体0435 
8.2.6离聚体（离子聚合物）0444 
8.2.7氯化功能化0447 
8.3聚烯烃后功能化0454 
8.3.1聚烯烃后功能化原理0454 
8.3.2聚烯烃反应接枝0455 
8.3.3聚烯烃支化与交联0475 
8.3.4聚烯烃抗菌功能化0487 
8.3.5导电/抗静电/电磁屏蔽聚烯烃材料0492 
8.4聚烯烃改性技术0502 
8.4.1聚烯烃常用改性技术及原理0502 
8.4.2聚烯烃常用改性设备0504 
8.4.3聚烯烃可控降解0507 
8.4.4聚烯烃增韧改性0510 
8.4.5聚烯烃增强改性0514 
8.4.6聚烯烃阻燃改性0517 
8.4.7其他聚烯烃复合材料0520 
8.5聚烯烃功能化及改性进展0522 
8.5.1聚烯烃前功能化技术进展0522 
8.5.2聚烯烃后功能化技术进展0525 
8.5.3聚烯烃改性技术进展0531 
参考文献0531 

第9章聚烯烃添加剂0553 
9.1概述0554 
9.2抗氧剂0554 
9.2.1聚烯烃的自氧化过程0554 
9.2.2抗氧剂的作用机理0556 
9.2.3抗氧剂的测试0559 
9.2.4抗氧剂的类型及物理化学性质0559 
9.2.5抗氧剂在聚烯烃中的应用0561 
9.3光稳定剂0562 
9.3.1聚烯烃的光降解0563 
9.3.2光稳定机理0564 
9.3.3光稳定性测试0566 
9.3.4光稳定剂结构及性质0567 
9.3.5聚烯烃的光稳定技术0570 
9.4成核剂0571 
9.4.1结晶过程0572 
9.4.2成核剂的作用机理0574 
9.4.3成核剂的分类0575 
9.4.4成核剂对聚烯烃的影响0581 
9.4.5成核剂品种及生产商0583 
9.5抗菌防霉剂0584 
9.5.1抗菌防霉机理0585 
9.5.2抗菌防霉剂的要求0587 
9.5.3抗菌防霉剂的分类0590 
9.5.4抗菌防霉测试方法0594 
9.5.5抗菌防霉剂相关法规0597 
9.5.6聚烯烃抗菌防霉产品开发与应用0598 
9.5.7抗菌防霉剂品种及生产商0601 
9.6发泡剂0603 
9.6.1发泡基本过程及原理0603 
9.6.2发泡剂种类及发泡机理0604 
9.6.3发泡剂的环境影响0607 
9.6.4发泡产品的加工与应用0608 
9.7抗静电剂0610 
9.7.1抗静电剂作用机理0610 
9.7.2抗静电剂结构与分类0611 
9.7.3抗静电性能测试0613 
9.7.4抗静电剂在聚烯烃中的应用0613 
9.7.5抗静电剂品种及生产商0614 
9.8阻燃剂0615 
9.8.1阻燃机理0615 
9.8.2阻燃剂分类0616 
9.8.3有机阻燃剂的结构、性质及用途0617 
9.8.4无机阻燃剂的结构、性质及用途0618 
9.8.5阻燃性能测试0621 
9.8.6阻燃聚烯烃产品开发与应用0623 
9.8.7阻燃剂品种及生产商0624 
9.9填料0625 
9.9.1填料的分类及基本性质0625 
9.9.2填料的选用原则0626 
9.9.3偶联剂的使用0627 
9.9.4填充聚烯烃的加工方法及性能0629 
9.9.5填料品种0630 
9.10其它类型添加剂0632 
9.10.1金属钝化剂0632 
9.10.2除酸剂0635 
9.10.3润滑剂0637 
9.10.4防粘连剂0639 
9.10.5爽滑剂0641 
9.10.6防雾剂0642 
9.10.7荧光增白剂0643 
参考文献0645 

第10章聚烯烃加工技术0653 
10.1概述0654 
10.1.1基本特性0654 
10.1.2流变特性0655 
10.1.3热性能0658 
10.1.4加工前的预处理0658 
10.2注塑成型技术0659 
10.2.1注塑设备0659 
10.2.2注塑工艺0661 
10.2.3注塑中常见问题0665 
10.3挤出成型技术0668 
10.3.1管材挤出0669 
10.3.2板材与片材挤出0675 
10.3.3异型材挤出0678 
10.3.4棒材挤出0680 
10.3.5丝、网、带等挤出0681 
10.3.6电线、电缆挤出0684 
10.4纺丝成型技术0685 
10.4.1应用领域0685 
10.4.2纺丝成型加工技术0686 
10.5薄膜加工技术0694 
10.5.1薄膜成型设备及工艺0694 
10.5.2取向薄膜的加工0699 
10.5.3吹塑薄膜的加工0703 
10.5.4流延薄膜的加工0705 
10.6中空成型技术0707 
10.6.1挤出吹塑成型0707 
10.6.2注射吹塑0711 
10.6.3注射拉伸吹塑（注拉吹）0713 
10.6.4滚塑成型0714 
10.7发泡加工技术0716 
10.7.1简介0716 
10.7.2传统发泡技术0718 
10.7.3新型发泡技术0720 
10.8增材制造技术0725 
10.8.1简介0725 
10.8.2工艺技术0725 
10.9取向加工技术0729 
10.9.1简介0729 
10.9.2固相挤出技术0730 
10.9.3辊筒拉伸技术0732 
10.9.4双向拉伸薄膜成型技术0732 
10.10聚烯烃加工技术进展0733 
10.10.1激光加工技术0733 
10.10.2计算机模拟加工技术0734 
10.10.3模内装饰技术0735 
10.10.4超声波加工技术0736 
10.10.5超临界流体辅助加工技术0737 
10.10.6新型聚烯烃复合材料加工技术0737 
10.10.7辅助注射成型技术0739 
参考文献0740 

第11章聚烯烃结构表征0743 
11.1概述0744 
11.2分子链结构及表征0744 
11.2.1分子量及其分布0744 
11.2.2分子链组成及其分布0750 
11.3形态结构及表征0772 
11.3.1聚乙烯0773 
11.3.2等规聚丙烯0780 
11.3.3间规聚丙烯0789 
11.3.4聚1-丁烯0791 
11.3.5聚烯烃形态表征的常用方法0794 
参考文献0804 

第12章聚烯烃性能评价及产品认证0819 
12.1概述0820 
12.2聚烯烃通用性能测试与评价0821 
12.2.1力学性能0821 
12.2.2热学性能0829 
12.2.3光学性能0834 
12.2.4电学性能0838 
12.2.5其它物理性能0842 
12.2.6燃烧性能评价0848 
12.2.7安全性与环保性评价0855 
12.2.8断裂韧性评价0866 
12.2.9耐老化性能评价0875 
12.3聚烯烃专用料的性能评价0880 
12.3.1管材专用料0880 
12.3.2中空制品