一、引言

聚乙烯低聚物因分子量分布窄、加工流动性好等特点，广泛应用于涂料改性、润滑剂制备及食品包装助剂等领域。灰分作为其关键质量指标，定义为高温灼烧后残留的无机组分质量百分比，主要来源于催化剂残渣、原料杂质及加工过程引入的污染物。当灰分含量超过0.03%的常规阈值时，不仅会导致低聚物热稳定性下降、熔融流动性波动，还可能在食品接触场景中引发安全风险。当前行业内针对高分子量聚乙烯的灰分控制技术已相对成熟，但低聚物因链结构简单、分离难度大，灰分超标问题更为突出，亟需开展针对性研究。

二、灰分高定义

塑料厂低压聚乙烯车间（HDPE装置）共3条生产线。除了正常的聚乙烯颗粒、聚乙烯粉末外，还生产副产品低聚物每年约2400吨。低聚物是从浆液工艺产生的副产品，主要来自聚合返回到回收的母液，在回收工段也将返回的母液称作低聚物。低聚物内是未反应完全的聚乙烯，里面总是含有未完全参与反应的催化剂。这样在外观的体现就是发灰色，称为灰分高。

三、低压聚乙烯低聚物灰分高的原因

HDPE中灰分高，核心原因是原料杂质残留或加工过程中添加剂（如稳定剂、填充剂）引入过多，会直接影响材料的力学性能（如强度、韧性）和耐腐蚀性。

常见具体诱因包括：

（1）回收料中混入的泥土、金属氧化物等杂质未彻底清除。

（2）加工时添加的碳酸钙、滑石粉等无机填充剂过量，或分散不均。

（3）稳定剂、抗氧剂等助剂选择不当，高温加工后形成不可燃残渣。

四、HDPE中灰分高的影响

HDPE中灰分高的核心影响是破坏材料本身的物理化学性能，并直接导致下游加工故障与成品质量不达标。

具体影响可分为三大类：

（1）对材料性能的影响

力学性能下降：灰分（多为无机杂质/填充剂）会削弱HDPE分子间的结合力，导致拉伸强度、冲击韧性、断裂伸长率显著降低，成品易脆裂、变形。

耐腐蚀性与耐候性变差：灰分中的金属氧化物、盐类等杂质会成为腐蚀介质的“突破口”，加速材料在酸碱环境或户外使用时的老化、降解。

光学性能受损：若用于生产透明/半透明HDPE制品（如包装膜），高灰分会导致成品浑浊度升高、透光率下降，外观不合格。

（2）对加工过程的影响

设备磨损加剧：灰分中的硬质颗粒（如金属杂质、未分散的填充剂）会在挤出、注塑过程中刮擦螺杆、机筒和模具，缩短设备使用寿命，增加维护成本。

加工稳定性差：灰分分布不均易导致熔体流动性波动，出现制品表面缺料、气泡、条纹等缺陷，降低生产合格率。

（3）对成品应用的影响

无法满足特定行业标准：食品包装、医疗用品等领域对HDPE灰分有严格限值（如食品级要求灰分＜0.1%），高灰分产品会因安全性不达标被淘汰。

五、灰分控制策略

5.1生产原理

要解决灰分高就要先从生产原理入手，HDPE装置：乙烯、丙烯（丁烯-1）及氢气为原料，高压脱水己烷作为溶剂，通过柱塞泵将PZ-Cat，AT-Cat分别按按指定量加入聚合釜中，作为分子量调节剂的氢气，调节密度的丙烯（丁烯-1），连续地与乙烯气体进行予混合，然后混合气体加至聚合釜的循环气管线上，并通过插底管注入聚合釜底部，加入的原料气有三档涡轮搅拌器搅拌分散，溶解在己烷中，乙烯气体与己烷中催化剂充分接触，通过调整聚合反应生成条件来控制聚合釜中聚合物的性质（熔融指数MI，密度D，分子量分布NNI），聚合反应生成的聚合物以悬浮态随己烷溢流至后系统。浆液状的聚合反应物经离心式浆液泵升压后，通过离心机，将液相母液送入经高速泵升压后，部分返回聚合系统循环使用，部分被送回收系统进行己烷蒸馏和精馏。送至回收系统的母液进入母液贮罐（或直接进蒸馏塔），然后由泵送到母液蒸馏塔中进行蒸馏操作，塔顶己烷冷凝后，再经精馏操作，脱除其中的水及其他杂质，作为精己烷循环使用，塔底浓缩己烷中的低分子聚合物（LP）经负压闪蒸后，变成己烷含量较低的低聚物，然后被送至结片机进行结片，结片后的LP作为HDPE装置的付产品包装出厂。母液蒸馏塔底部的浓缩己烷中的熔融低聚物，由闪蒸罐加料泵加压到2.8 Mpa，同时，由闪蒸预热器从120℃加热到230℃，进入预热器壳程的高压蒸汽量由TRC-725控制，当上述热溶液进入闪蒸罐前，使其减压到0.3 Mpa，在闪蒸罐中闪蒸产生的己烷蒸汽返回到母液蒸馏塔，低聚物由LICA-722控制流入预热器，溶液被加热到180℃后流入低聚物贮罐。熔融的低分子量聚合物再由齿轮泵输送到低聚物贮罐，在熔融状态低聚物通过齿轮泵送至结片机，低聚物在转鼓的外表上固化，并经刮刀和切刀结成薄片，经传送带送到低聚物包装工段。

从低聚物的生产过程中我们可以看，影响灰分最大的催化剂在低聚物中最大的反应就是灰分高，灰分高主要是由于助催化剂未能完全转换导致，再生产中为了保证指数合格催化剂的加入量AT过多，导致了低聚物发灰；还有一种是催化剂反应不好活性低，不能完全反应。虽然AT在有水的环境下失活，灰度下降。根据这一发现，我们在溶剂回收工段蒸馏塔内加入整齐，通过塔釜循环泵出口压力表处加中压蒸汽，这样就使母液中未参加反应的AT失活，从而达到除去低聚物中灰分。

5.2三级控制策略

源头精制强化：采用“脱硫脱氯-脱CO-脱氧-干燥”四级乙烯精制工艺，将原料杂质含量降至1ppm以下；优化催化剂配比，控制助催化剂摩尔比在30-80:1区间。

过程工艺调控：采用气相-淤浆串联反应系统，气相段生成基础低聚物，淤浆段在75-95℃下继续反应，提高催化剂释放效率；当气相产能较大时，采用多淤浆反应器并联配置。

后处理精准优化：脱气仓压力控制在0.3MPa以下，干燥后通入含少量水蒸气的氮气处理，彻底失活残留助催化剂。

六、结束语

本文明确催化剂残留与原料杂质是聚乙烯低聚物灰分超标的核心原因，反应工艺与后处理强度决定灰分最终含量。通过构建三级控制策略，采用气相-淤浆串联工艺结合水蒸气吹扫脱活技术，可实现灰分的精准控制。未来研究可聚焦于新型高效催化剂开发，通过降低助催化剂用量从源头减少灰分生成，同时探索膜分离技术在低聚物纯化中的应用，进一步提升产品质量等级。